Este trabalho apresenta e valida um método de fronteira imersa de quarta ordem para escoamentos compressíveis e viscosos e sua aplicação no cálculo do ruído produzido por escoamentos em geometrias complexas. As equações de Navier-Stokes compressíveis e não-permanentes são resolvidas por meio de uma discretização em volumes finitos onde os fluxos são calculados pelo método explícito e anti-simétrico de quarta ordem de Ducros. O avanço temporal é feito usando um método Runge-Kutta de terceira ordem. O método de fronteiras imersas é aplicado de forma que as condições de contorno são impostas diretamente nos volumes de controle que contém os pontos da fronteira imersa, resultando em uma representação precisa da superfície sólida. Os resultados numéricos são apresentados e comparados com soluções analíticas para o escoamento subsônico laminar sobre uma placa plana e o escoamento supersônico laminar sobre um perfil dupla-cunha, com todos os casos mostrando boa concordância com os resultados analíticos. Resultados aeroacústicos são apresentados para o caso do escoamento subsônico turbulento sobre dois cilindros circulares em configuração tandem.

Este trabalho apresenta a análise estrutural de sete problemas comumente utilizados para testar elementos de cascas sob forte não linearidade geométrica. A análise é feita com o elemento S4R do ABAQUS e traz, em detalhes, toda a estratégia de modelagem das estruturas (pré-processamento, processamento e pós-processamento). Observa-se um excelente desempenho do elemento, mas, ao mesmo tempo, detectam-se certas fragilidades relacionadas aos seus modos espúrios ("hourglass modes").

A simulação é uma atividade importante na fase de projeto, testes e operação de turbinas a gás. Uma ferramenta capaz de simular motores nas diversas configurações durante essas fases de desenvolvimento tem importância fundamental, tanto em análises de motores existentes quanto nos estudos para desenvolvimento da tecnologia necessária a novos motores de alto desempenho. A capacidade de prever os parâmetros de desempenho em ponto de projeto e fora do ponto de projeto em regime permanente é condição fundamental para estes programas. No entanto, a análise e projeto de motores de alto desempenho necessitam de conhecimento das características relacionadas à dinâmica do motor. Assim, a simulação em regime permanente é capacidade imprescindível para uma ferramenta de simulação. O Centro de Referência de Turbinas a Gás do ITA desenvolveu um programa computacional base com as capacidades de simulação em regime permanente no ponto de projeto, simulação em regime permanente fora do ponto de projeto, simulação em regime permanente com geometria variável e simulação de transitórios com geometria fixa. Neste trabalho foram adicionados os módulos computacionais necessários para estender a capacidade de simulação do programa computacional base, acrescentado a capacidade de simulação de transitórios com variação simultânea de geometria, de forma que a influência desta última possa ser avaliada na dinâmica do motor. Essa implementação estende de maneira considerável as capacidades do programa computacional em desenvolvimento, uma aplicação é no projeto de sistema de controle de estabilidade dos motores. Foi implementada ainda a capacidade de simulação utilizando um controlador PID com capacidade para controlar a variação da geometria do compressor e manter a margem de bombeamento positiva durante acelerações e desacelerações. Simulações foram realizadas para verificar qualitativamente os resultados fornecidos pelos novos módulos do programa computacional.

A fixação de estruturas e equipamentos aeronáuticos por meio de juntas aparafusadas é amplamente utilizada e requer bastante cuidado de projeto. Quanto à carga de trabalho, existem dois tipos de juntas aparafusadas: juntas de cisalhamento e juntas de tração. O escopo deste trabalho restringe-se somente ao estudo do segundo tipo de junta, onde os parafusos são predominantemente tracionados em sua condição de trabalho. Uma junta aparafusada tem a função de resistir aos carregamentos de operação e manter o aperto do parafuso por toda sua vida em serviço. Para isso, é necessário um adequado dimensionamento dos parafusos. A determinação da pré-carga de aperto é a base do cálculo da maioria dos conceitos de cálculo deste tipo de união. Uma das principais incertezas no dimensionamento de uma junta fixada por parafusos é a determinação do coeficiente de rigidez dos componentes sob compressão nesta união (com placas e arruelas). Através dos coeficientes de rigidez dos componentes de uma junta é possível entender a sua distribuição de carga, resistência, vida em fadiga, etc. Baseado na importância deste tipo de aplicação na engenharia aeronáutica, o presente trabalho tem como objetivo: 1. apresentar um critério de cálculo para juntas aparafusadas em aplicações aeronáuticas; 2. revisar as principais referências usadas no cálculo e dimensionamento de juntas rigidamente fixadas por parafusos; e 3. propor o método dos elementos fininitos (MEF) de modo a determinar a rigidez dos componentes de uma junta aparafusada, que pode ser muito útil para juntas com graus de complexidade geométrica. Para o estudo da rigidez de juntas, relizado neste trabalho, utiliza-se do método da energia considerando a montagem de uma junta aparafusada como um sistema conservativo. Os coeficientes de rigidez de placas e parafuso são calculados com base na energia de deformação de cada um destes componentes para uma dada carga no parafuso. Em primeira análise, o MEF é proposto no estudo das variações geométricas das placas (espessura e largura). Os resultados obtidos são comparados às teorias de cálculo de rigidez convencionais. Com esta comparação é possivel avaliar a aplicação do método de cálculo proposto com as principais referências convencionais. O segundo estudo utiliza o MEF em uma aplicação de junta aparafusada não convencional. Nesta junção, as placas são de alumínio, e o parafuso é feito de aço. Entre a cabeça e a porca do parafuso apresenta-se uma bucha de uma liga de cobre e berílio. Esta bucha trabalha junto com as placas em compressão pela carga de aperto, e a sua presença causa incertezas no uso dos métodos de cálculos convencionais de rigidez. Neste estudo, é possível comparar o método com resultados de equações embasadas em experimentos neste tipo de montagem. Como último estudo, avalia-se a rigidez de três configurações de juntas, diferentes em relação às cabeças de parafuso. Esta avaliação usa apenas os recursos numéricos como exemplo de aplicação do método apresentado, que tem como proposta investigar os efeitos dos diferentes tipos de cabeças de parafusos na rigidez das placas sob compressão.

Este trabalho apresenta um estudo de assinaturas de sinais de radar de alvos de geometrias simples e complexas, na faixa de freqüências de 8 - 12 GHz (banda X). Os alvos de geometrias simples estudados são: esfera, placa plana, disco, cilindro, cone e refletores de canto (diedros e triedro). Como alvo de geometria complexa caracterizado tem-se o modelo em escala da aeronave ERJ-145. Os diagramas de refletividade são obtidos em câmara anecóica, na condição quase-monoestática. A calibração do sistema de medidas, na banda X, é realizada pelo uso de uma lente de Luneberg e uma placa plana. Apresenta-se um amplo e detalhado arquivo de diagramas de RCS (Radar Cross Section), dos alvos de geometrias simples, cujas informações apóiam a caracterização do alvo de geometria complexa. A redução de RCS é também avaliada considerando-se os parâmetros geometria do alvo e a aplicação de Material Absorvedor de Radiação Eletromagnética (MARE). Entre os resultados coletados pode-se mencionar que o diedro de 50 apresenta uma redução de RCS, no ângulo de 0o, de 94% em relação ao diedro de 90, devido à contribuição da geometria. É também observado que a aplicação de MARE no diedro de 90 promove uma redução da sua RCS de 99%, em 10 GHz. A caracterização do modelo da aeronave ERJ-145 mostra a complexidade da análise de diagramas de RCS de alvos complexos.

Nesta Dissertação, ée apresentado um procedimento de projeto de leis de controle de vôo de aeronaves utilizando o Controle à Estrutura Variável ou Controle por Modos Deslizantes, levando em consideração robustez a incertezas paramétricas e redução de chattering. ÉE apresentada uma revisão sobre a utilização do Controle à Estrutura Variável no projeto de leis de controle de vôo de aeronaves; uma revisão dos principais conceitos do Controle à Estrutura Variável; uma apresentação de conceitos matemáticos e de Controle considerados no procedimento de projeto; a definição da função de chaveamento, das condições de alcance e do vetor de controle à estrutura variável considerados; o procedimento de projeto propriamente dito e a aplicação do mesmo no projeto de uma lei de controle para a dinâmica longitudinal de uma aeronave hipersônica genérica. O procedimento de projeto ée realizado a partir de abordagens teóricas claras (que definem procedimentos para ajuste do controlador a partir de parâmetros de desempenho) e procedimentos de cálculo numérico diretos. No exemplo desenvolvido, todas as exigências impostas ao controle, incluindo robustez de desempenho e estabilidade a incertezas paramétricas e eliminação de chattering, são satisfeitas.

A estrutura de uma aeronave ée composta de muitas partes, que devem ser unidas para formar sub-partes. Entre muitas opções, "channel fittings" são amplamente utilizados na conexão da asa com a fuselagem do avião. Esse trabalho aplica o método de elementos finitos na modelagem de um "channel fitting", com o propósito principal de avaliação da distribuição de tensões de acordo com a alteração de alguns parâmetros geométricos. Quatro modelos são construídos e apresentados. Os resultados mostram uma sensibilidade importante dos níveis de tensão de acordo com a posição do furo de conexão com o parafuso. Este trabalho também propõe e descreve um procedimento iterativo que permite a aplicação mais precisa de condições de contorno na zona de contato do "fitting" com estrutura de ligação.