Unsteady solutions for the aerodynamic coefficients of a thin airfoil in compressible subsonic or supersonic flows are studied. The lift, the pitch moment, and pressure coefficients are obtained numerically for the following motions: the indicial response (unit step function) of the airfoil, i.e., a sudden change in the angle of attack; a thin airfoil penetrating into a sharp edge gust (for several gust speed ratios); a thin airfoil penetrating into a one-minus-cosine gust and sinusoidal gust (a typical gust used in commercial aircraft design); oscillating airfoil; and also the interaction of the airfoil with a shed (from convection phenomenon) vortex passing under the airfoil, a phenomenon known in literature as AVI (Airfoil Vortex Interaction). The present work uses a numerical approach based on vortex singularity. The numerical model is created by means of the airfoil discretization in uniform segments and the compressible flow vortex singularity is used. The results available in the literature are based on approximated exponential equations, or computed via Computational Fluid Dynamics (CFD). Thus, the purpose of this method is to obtain a more accurate computation compared to those of approximated equations, and numerically quite faster compared to those obtained via CFD.

Uma metodologia para a predição de coeficientes aerodinâmicos de aeronaves genéricas utilizando redes neurais artificiais foi desenvolvida e descrita. Coeficientes aerodinâmicos modelados como funções de ângulo de ataque, número de Reynolds e número de Mach fornecem informações para o treinamento das redes neurais artificiais. Em um dos casos estudados, os coeficientes são também função da geometria da asa da aeronave. No presente trabalho, a rede neural é inicialmente treinada a partir de um conjunto de dados apropriado, que é gerado com simulações numéricas, a fim de reproduzir o comportamento geral de um modelo não-linear dependente de uma grande quantidade de variáveis. Um novo conjunto de dados, o qual pode ser relativamente esparso, é então fornecido à rede a fim de verificar a consistência do novo modelo gerado. O novo modelo estima os parâmetros desejados com grande precisão dentro do espaço de projeto utilizado no treinamento, e a obtenção de resultados para uma configuração genérica se torna uma tarefa relativamente rápida e simples. Isto torna esta metodologia muito apropriada para a aplicação em ambientes de projeto e otimização multidisciplinar (MDO - Multi Disciplinary Optimization, em inglês), o qual faz uso intensivo de parâmetros aerodinâmicos para cálculos de desempenho e cargas, além de outras tarefas essenciais. Uma rede do tipo Perceptron de Múltiplas Camadas (Multilayer Perceptron, em inglês, ou MLP) foi adotada para prever a polar de arrasto do perfil NACA23012, considerando números de Reynolds entre 1x106 e 5x106. Este caso bidimensional também foi simulado utilizando uma Rede de Ligação Funcional (Functional Link Network, em inglês, ou FLN), a fim de comparar o desempenho e a precisão de ambas arquiteturas. De forma similar, uma rede MLP de 2 camadas foi utilizada para calcular o coeficiente de arrasto de um jato de transporte com geometria fixa. Nesta aplicação, a rede foi treinada com 99 pontos, cobrindo uma faixa de Mach de 0,20 a 0,82. O coeficiente de sustentação neste caso variou entre 0 e um limite superior que decresce em função do número de Mach. Uma terceira rede neural foi projetada para prever o arrasto de um conjunto asa-fuselagem com forma em planta da asa variável. Trabalhos futuros considerarão também a predição de arrasto em asas de geometria e perfilagem variáveis.

Apesar do recente desenvolvimento em aeroelasticidade computacional e ferramentas em CFD para escoamentos não-estacionários, a maioria das análises de estabilidade aeroelástica das estruturas de asas no regime transônico que são realizados em ambiente de engenharia ainda dependem da aplicação de métodos de correção para as cargas aerodinâmicas previstas por códigos baseados em teoria aerodinâmica linear. No entanto, há escassez de literatura sobre as capacidades e limitações de cada método, assim como a sua adequação a cada projeto de asa ou fenômeno físico envolvido. Este trabalho apresenta uma extensa revisão dos aspectos físicos da aerodinâmica não-estacionária em regime transônico, aeroelasticidade em regime transônico, e é concluído com um estudo sobre três métodos diferentes de correção: método NLR - utilização do número de Mach local; SKEM - Método da Expansão Sucessiva da Função Núcleo; e método Dau-Garner. Como casos de teste, três diferentes estruturas de asa: asa PAPA supercrítica; asa AGARD 445.6 enfraquecida; e asa do avião YXX. Correlação entre as previsões teóricas e experimentos indica que os projetos distintos de asa, dominados por diferentes fenômenos físicos, requerem o uso de diferentes métodos para incorporação precisa das características não-lineares dominantes às ferramentas clássicas de análise aeroelástica.

Quando o negócio da empresa gira em torno de um produto extremamente técnico, como no caso da aviação, inevitavelmente as diversas incertezas em cada fase também precisam ser avaliadas na profundidade exigida pelo produto. Inevitavelmente, ferramentas antes utilizadas no projeto detalhado passam por adequação para o uso antecipado nas fases de concepção do produto. Então, abordando parte do processo de concepção de uma aeronave, este trabalho traz um estudo de caso onde ferramentas de engenharia são aplicadas de forma extremamente prática, vislumbrando o entendimento das possíveis restrições técnicas para prever a viabilidade estrutural de um conceito proposto. O estudo apresenta um ciclo de projeto e análise estrutural de pilone em projeto conceitual de uma aeronave com conjunto propulsivo no cone de cauda. Ao início foi desenvolvida uma metodologia simplificada para obtenção dos carregamentos na região em estudo. Ao longo do trabalho foram realizadas análises pelo Método dos Elementos Finitos nos programas Catia V5 e Nastran for Windows. Por fim, diversas disposições estruturais de pilone em alumínio foram propostas e analisadas, concluindo em uma estrutura final eficiente que servirá para as próximas fases do projeto da aeronave.

Este trabalho tem como objetivo o estudo, implementação e validação de métodos semi-empíricos utilizados para estimar as derivadas de estabilidade estáticas longitudinais de uma aeronave regional ainda em sua fase de anteprojeto. Estas derivadas são importantes para se avaliar as características de estabilidade e controle de uma aeronave. Para isso, foi elaborado um código computacional, desenvolvido em linguagem Matlab, tendo como base para o cálculo das derivadas a metodologia ESDU. Nos pontos onde esta metodologia não apresentou exatidão, dois outros procedimentos de cálculo foram utilizados, desenvolvidos: (i) pelo Prof. Dr. Jan Roskam e (ii) pela NASA, relatado no NASA TND-6800. A geometria da aeronave é inserida como dados de entrada do programa/código, que calcula as derivadas considerando a contribuição de cada componente da aeronave e efeitos aerodinâmicos. Os resultados obtidos são comparados a resultados experimentais provenientes de ensaio em túnel de vento, com o objetivo de validar a metodologia.

Mecanismo é um conjunto de elos, ligados por juntas, que se movem relativamente uns aos outros. A análise de mecanismos consiste em verificar o funcionamento do sistema mecânico a fim de entender o comportamento e a viabilidade para uma determinada função. Nesta dissertação será feito um estudo de um tipo específico de mecanismo usado em um slat. Slats, ou flapes de bordo de ataque são sistemas aerodinâmicos de hipersustentação localizados no bordo de ataque de aeronaves, utilizados para aumentar o desempenho em fases de decolagem e pouso. O trabalho apresenta uma série de dispositivos de hipersustentação com intuito de mostrar os tipos de mecanismos mais utilizados em aeronaves. O projeto tridimensional do sistema será feito, serão calculados parâmetros aerodinâmicos do mesmo e finalmente uma simulação computacional será feita. Esta análise consistirá em modelar o funcionamento do sistema considerando o sistema de multicorpos rígidos com e sem folga. O objetivo é estimar os esforços no atuador quando o sistema está condicionado aos esforços aerodinâmicos e verificar se há travamento do sistema. Além disso, a contribuição de folgas no desempenho do sistema será avaliada.

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento das primeiras etapas do projeto conceitual de uma aeronave de combate. Estas etapas compreendem a análise dos requisitos iniciais de desempenho; a definição das missões típicas a serem realizadas pela aeronave; o dimensionamento inicial; a estimativa dos coeficientes aerodinâmicos e uma análise preliminar de desempenho visando a verificação do atendimento dos requisitos.

Este trabalho visa apresentar uma metodologia para determinar o coeficiente de amortecimento de um atuador de superfície primária de uma aeronave comercial para supressão de flutter aplicando recursos de modelagem e técnicas de otimização multiobjetivo em um modelo representativo do sistema real. A abordagem do trabalho consiste em otimizar parâmetros construtivos do atuador através de uma ferramenta de otimização chamada modeFRONTIER utilizando um modelo de um atuador na configuração standby implementado na ferramenta Matlab/Simulink. Como resultado da otimização multiobjetivo é obtida uma fronteira de Pareto, de onde um projeto ótimo é escolhido baseado em um requisito inicial que estabelece um critério de desempenho.

O aumento da competitividade das empresas de transporte aéreo tem pressionado os fabricantes de aeronaves para desenvolver aeronaves cada vez mais e?cientes. Diversas propostas vem sendo estudadas ao longo dos anos como forma de suprir tal necessidade. Novos materiais, mudança da matriz energética, eliminação da sangria de motores junto com o conceito de aeronave mais elétrica, entre outros. Todas essas linhas de pesquisa convergem para um melhor desempenho da aeronave como um todo, levando os projetos de aeronaves ainda em sua fase conceitual a avaliar a adoção das tecnologias oriundas dessas linhas de pesquisa quanti?cando o impacto das mesmas no custo de fabricação, operação e manutenção da aeronave, sendo este um passo imprescindível para o sucesso do produto comercialmente e ?nanceiramente para o fabricante. De forma a se quanti?car os impactos utiliza-se dados e modelos validados através de ensaios em túnel, ensaios em vôo ou mesmo a partir de análises por CFD como forma de substanciar um modelo de aeronave, entretanto, muitas vezes tais dados ainda não se encontram disponíveis quando do início de um projeto conceitual de uma aeronave, então, como a?rmar que a utilização de uma tecnologia trará benefícios a um determinado projeto quando tal análise somente pode ser conduzida em fases mais tardias do desenvolvimento da nova aeronave? De forma a obter essa resposta é necessário desenvolver métodos aproximados por meio de modelos simpli?cados que avaliem qualitativamente e quantitativamente o uso de uma determinada tecnologia, sendo este, o objetivo deste trabalho no que tange o desenvolvimento de uma metodologia de avaliação do impacto do arqueamento variável no desempenho de aeronaves dotadas de sistemas de controle automáticos de comandos de vôo, de forma que ainda no projeto conceitual o uso do arqueamento variável seja levado em conta como mais uma variável de projeto.

A redução dos impactos ambientais ocasionados pela operação de aeronaves vem sendo alvo de interesse. Neste contexto, insere-se a redução dos níveis de ruído permitidos em pousos e decolagens devido ao crescimento do número de residências próximas a aeroportos. Nessas regiões, há sensores estrategicamente localizados capazes de medir o ruído, acarretando pesadas multas aos operadores caso desrespeitem certos limites. Isto exige que sejam encontradas alternativas para aeronaves cujos projetos são antigos, quando limites impostos pelas autoridades aeronáuticas eram mais brandos. Uma medida é atuar sobre os comandos da aeronave, executando procedimentos de decolagem e pouso com nível de ruído percebido EPNL ("Effective Perceived Noise Level") em dB reduzido. Neste trabalho analisa-se a trajetória de decolagem em busca de uma solução ótima que minimiza o ruído no ponto de interesse nesta fase de vôo. A dinâmica do problema é modelada através de equações diferenciais de movimento tridimensional e massa da aeronave concentrada, sem levar em conta sua dinâmica de corpo rígido já que esta não influencia no modelo de predição de ruído. Considera-se como fonte de ruído apenas os motores. Através de restrições não lineares, garante-se que a trajetória otimizada respeita limites físicos da aeronave. A atmosfera é modelada sem vento e segue o modelo de atmosfera padrão da ICAO, amplamente utilizado pela indústria em cálculos de desempenho. Por sua vez, o modelo dos motores é construído com curvas de tração em função de altitude e Mach de vôo, as quais provêm de dados conhecidos de motores reais, cujos valores serviram para ajustar um modelo termodinâmico teórico de motor turbojato. Parâmetros do modelo como a massa da aeronave, suas dimensões e suas características aerodinâmicas foram tomadas de um avião bimotor a jato de pequeno porte, cujos dados foram encontrados na literatura. Isto torna o modelo fisicamente similar à aeronave Bombardier Learjet 25.