O objetivo desta pesquisa é o estudo do uso potencial de multi-winglets adaptativas para obter reduções no arrasto induzido através da variação do diedro das winglets. Os vórtices gerados nas pontas das asas são um produto inevitável da presença da sustentação, ou seja, é um custo a pagar pela força que mantém as aeronaves no ar. Diferentes estudos têm demonstrado que o escoamento presente nas pontas das asas pode ser redirecionado usando pequenas superfícies aerodinâmicas reduzindo assim o arrasto induzido. O modelo testado era constituído por uma asa retangular construída a partir de um perfil NACA 653 - 018 dotado de três winglets tipo \"tip-sails\", que são pequenas asas sem enflechamento ao 25% da corda. Os testes realizados foram para um regime de Número de Reynolds de 357.000. Os resultados foram analisados através da análise da sustentação, arrasto e mapeamento da esteira através da técnica de anemometria de fio quente. / The aim of this research is the study of the potential use of adaptive multi-winglets to reduce induced drag through variations of winglet cant angles. The vortices generated at the wing tips are an inevitable product of the presence of lift, that is, they represent the price paid for the presence for the force that keeps the aircraft in the air. Different studies have shown that the flow over the wing-tip can be redirected using small aerodynamics surfaces, thereby reducing the induced drag. The model tested is composed of a rectangular wing using a NACA 653 - 018 profile with three winglets called \"tip-sails\", which are small wings without sweep at 25% chord. The tests were made at a Reynolds number of 350,000. The results are analyzed in terms of lift and drag and mapping of the wake using hot wire anemometry techniques.

Reduções no arrasto de uma aeronave, beneficiam a performance e, reduzem a potência necessária. A componente do arrasto que oferece grande potencial, é o arrasto induzido, que varia de 30% à 50% do arrasto total. Este pode ser diminuído através de modificações nas pontas de asa. Alguns modelos, deslocam os vórtices da ponta de asa para fora, diminuindo o arrasto induzido. Outros modelos, aproveitam o fluxo em espiral nesta região, para produzirem uma tração, reduzindo o arrasto total, como as \"winglets\". Tratando-se de aviões agrícolas, que efetuam a deposição de defensivos sobre plantações em vôos rasantes, deslocamentos do vórtice são fundamentais para o aumento da eficiência do processo de pulverização. Este trabalho estudou, através de ensaios em túnel de vento, variações nas características aerodinâmicas de uma asa impostas por modificações em suas pontas. As pontas ensaiadas foram: \'delta tip\', \"winglet\" e Hoerner. Para aproximar os ensaios da realidade operacional, adicionou-se uma placa plana, paralela ao fluxo, simulando o efeito solo que ocorre no vôo rasante, durante a \"passagem\". Efetuou-se também, visualizações de fluxo para cada configuração. A ponta tipo \"Hoerner\" apresentou maior beneficio aerodinâmico e estrutural, mas não é adequada ao serviço agrícola por deslocar o vórtice para baixo, prejudicando a deposição. A \'delta tip\' possui rendimento menor porém, o vórtice melhor posicionado. Já a asa com \"winglet\", proporciona beneficio aerodinâmico modesto, excelente posicionamento do vórtice mas, prejuízo estrutural. / An airplane\'s drag reductions can improve performance and reduce the required power. The induced drag is the component which, if reduced, offers better results, because it is responsible from 30% to 50% of total drag. Such reductions in drag can be achieved through modifications of the wing tips. Some models displace wing tip vortices outwards diminishing the induced drag. Others, like the \'\'winglets\'\', make good use of the spiral draught on this portion of the wing, producing traction and reducing the total drag. Concerning agricultural airplanes, wing tip vortex position is really important while spreading products over a plantation. In this work, wind tunnel tests were made in order to find a better wing tip among the folowing types for this use: the delta tip, \"winglet\" and \"Hoerner\". The \'\'Hoerner\'\' tip was better for total drag reduction, but not good with reference to vortex position. The delta tip gave low improvement on aerodynamic characteristics, but a good vortiex position. The \"winglet\" tip had a better vortex position, but caused an undesirable result with reference to the wing root bending moment.

Reduções no arrasto de uma aeronave, beneficiam a performance e, reduzem a potência necessária. A componente do arrasto que oferece grande potencial, é o arrasto induzido, que varia de 30% à 50% do arrasto total. Este pode ser diminuído através de modificações nas pontas de asa. Alguns modelos, deslocam os vórtices da ponta de asa para fora, diminuindo o arrasto induzido. Outros modelos, aproveitam o fluxo em espiral nesta região, para produzirem uma tração, reduzindo o arrasto total, como as \"winglets\". Tratando-se de aviões agrícolas, que efetuam a deposição de defensivos sobre plantações em vôos rasantes, deslocamentos do vórtice são fundamentais para o aumento da eficiência do processo de pulverização. Este trabalho estudou, através de ensaios em túnel de vento, variações nas características aerodinâmicas de uma asa impostas por modificações em suas pontas. As pontas ensaiadas foram: \'delta tip\', \"winglet\" e Hoerner. Para aproximar os ensaios da realidade operacional, adicionou-se uma placa plana, paralela ao fluxo, simulando o efeito solo que ocorre no vôo rasante, durante a \"passagem\". Efetuou-se também, visualizações de fluxo para cada configuração. A ponta tipo \"Hoerner\" apresentou maior beneficio aerodinâmico e estrutural, mas não é adequada ao serviço agrícola por deslocar o vórtice para baixo, prejudicando a deposição. A \'delta tip\' possui rendimento menor porém, o vórtice melhor posicionado. Já a asa com \"winglet\", proporciona beneficio aerodinâmico modesto, excelente posicionamento do vórtice mas, prejuízo estrutural. / An airplane\'s drag reductions can improve performance and reduce the required power. The induced drag is the component which, if reduced, offers better results, because it is responsible from 30% to 50% of total drag. Such reductions in drag can be achieved through modifications of the wing tips. Some models displace wing tip vortices outwards diminishing the induced drag. Others, like the \'\'winglets\'\', make good use of the spiral draught on this portion of the wing, producing traction and reducing the total drag. Concerning agricultural airplanes, wing tip vortex position is really important while spreading products over a plantation. In this work, wind tunnel tests were made in order to find a better wing tip among the folowing types for this use: the delta tip, \"winglet\" and \"Hoerner\". The \'\'Hoerner\'\' tip was better for total drag reduction, but not good with reference to vortex position. The delta tip gave low improvement on aerodynamic characteristics, but a good vortiex position. The \"winglet\" tip had a better vortex position, but caused an undesirable result with reference to the wing root bending moment.

O objetivo desta pesquisa é o estudo do uso potencial de multi-winglets adaptativas para obter reduções no arrasto induzido através da variação do diedro das winglets. Os vórtices gerados nas pontas das asas são um produto inevitável da presença da sustentação, ou seja, é um custo a pagar pela força que mantém as aeronaves no ar. Diferentes estudos têm demonstrado que o escoamento presente nas pontas das asas pode ser redirecionado usando pequenas superfícies aerodinâmicas reduzindo assim o arrasto induzido. O modelo testado era constituído por uma asa retangular construída a partir de um perfil NACA 653 - 018 dotado de três winglets tipo \"tip-sails\", que são pequenas asas sem enflechamento ao 25% da corda. Os testes realizados foram para um regime de Número de Reynolds de 357.000. Os resultados foram analisados através da análise da sustentação, arrasto e mapeamento da esteira através da técnica de anemometria de fio quente. / The aim of this research is the study of the potential use of adaptive multi-winglets to reduce induced drag through variations of winglet cant angles. The vortices generated at the wing tips are an inevitable product of the presence of lift, that is, they represent the price paid for the presence for the force that keeps the aircraft in the air. Different studies have shown that the flow over the wing-tip can be redirected using small aerodynamics surfaces, thereby reducing the induced drag. The model tested is composed of a rectangular wing using a NACA 653 - 018 profile with three winglets called \"tip-sails\", which are small wings without sweep at 25% chord. The tests were made at a Reynolds number of 350,000. The results are analyzed in terms of lift and drag and mapping of the wake using hot wire anemometry techniques.

International aviation regulations on emissions are becoming more strict. Improvements goals on fuel efficiency demand development of technologies capable of reducing fuel consumption and gas emissions. Morphing structures capability to adapt their aerodynamic shape for optimal condition in flight brings potential for reduction of aircraft drag and operating fuel consumption, minimizing gas emissions and fuel expenses. This study presents an investigation on the impact of a camber morphing winglet on midsize business jet using numerical simulation and wind tunnel experiments. A genetic algorithm was used to optimize the winglet sections camber for different flight conditions. Optimized geometries achieved total drag reduction of up to 0.58% compared to original winglet for single condition optimization, reaching up to 7 % reduction on consumed fuel on a typical mission. This efficiency improvement allows aircraft to carry 900 kg additional load, comprising the morphing system and extra payload. There is an indication of even better results for applications on a bigger commercial jet. Presented methodology is also suitable for new winglet fixed geometry design or incorporating morphing technology. Aerodynamic balance force measurements showed that optimized winglets increased the wing effective aspect ratio (AReff), reducing the lift-induced drag, and maximum lift coefficient (CLmax). However, maximum lift to drag ratio (L/Dmax) was reduced on CL optimization region due to flow differences between optimization and wind tunnel conditions. Aerodynamic efficiency improvement was found for greater lift coefficients (CL). Reductions on wing tip vortex size and intensity due to winglet installation are seen on measured vorticity map, showing liftinduced drag reduction according to Maskells equation. Parabolic drag polar and Maskells equation methods were used for lift-induced drag calculation, using balance force and flowing mapping data for calculations. The presented concept showed considerable aircraft performance improvement, using a feasible device with greater certification ease than other morphing structures concepts, once the failure of this system would not compromise flight safety. Further investigation using computational fluid dynamics (CFD) and wind tunnel experiments is necessary to develop and test a functional camber morphing winglet device. / Regulamentações internacionais sobre emissões estão se tornando mais rigorosas. Metas de melhoria da eficiência de consumo de combustível demandam o desenvolvimento de tecnologias capazes de reduzir o consumo e emissões de gases. Estruturas capazes de adaptar sua forma aerodinâmica para condição ótima em voo trazem potencial de redução do arrasto e consumo de combustível da aeronave, minimizando as emissões de gases e gastos com combustível. Este estudo apresenta uma investigação sobre o impacto de uma winglet de camber variável em um jato executivo da categoria mid size utilizando simulação numérica e experimentos em túnel de vento. Um algoritmo genético foi usado para otimizar o camber das seções para diferentes fases de voo. As geometrias otimizadas reduziram o arrasto total em até 0.58% comparadas a winglet original na otimização de condição única, alcançando até 7% de redução no combustível consumido em missão típica. Essa melhoria de eficiência permite a aeronave carregar 900 kg de carga adicional, composta pelo sistema de adaptação e carga paga extra. Há uma indicação de resultados ainda melhores para aplicação em um jato comercial maior. A metodologia apresentada é apropriada para projeto de uma nova winglet de geometria fixa ou que incorpore a tecnologia de adaptação. Medidas de força com balança aerodinâmica mostraram que as winglets otimizadas aumentaram o alongamento efetivo da asa (AReff), reduzindo o arrasto induzido, e o coeficiente de sustentação máximo (CLmax). No entanto, a máxima razão entre sustentação e arrasto (L/Dmax) foi reduzida dentro do intervalo de CL da otimização devido as diferenças entre as condições do escoamento na otimização e no túnel de vento. Melhoria na eficiência aerodinâmica foi obtida para coeficientes de sustentação (CL) maiores. Reduções no tamanho e intensidade do vórtice de ponta de asa são vistas nos mapas de vorticidade medidos, mostrando redução do arrasto induzido segundo a equação de Maskell. Os métodos da polar de arrasto parabólica e da equação de Maskell foram usados para o cálculo do arrasto induzido, utilizando nos cálculos os dados de força da balança e o mapeamento do escoamento. O conceito apresentado mostrou melhoria considerável no desempenho da aeronave, utilizando um sistema factível e com maior facilidade para certificação que outros conceitos de estruturas adaptáveis, uma vez que a falha desse sistema não comprometeria a segurança do voo. Mais estudos são necessários para desenvolver e testar uma winglet de camber varável funcional.