Durante as fases de concepção de uma aeronave, a segurança ée um dos principais itens considerados, bem como desempenho, custo e tempo de desenvolvimento. Com relação à segurança, a proteção contra incêndios a bordo ée uma preocupação constante, tanto de fabricantes, como operadoras e órgãos homologadores. Vários acidentes aéreos ocorreram por falta de meios e procedimentos adequados para a correta ação na presença de fogo em vôo. Esse problema agrava-se ainda mais quando o incêndio ocorre nos compartimentos de carga, geralmente locais de difícil acesso em vôo. Após a ocorrência de alguns acidentes, os órgãos homologadores determinaram regras para o projeto de compartimentos de carga em aeronaves. Uma dessas imposições ée o uso de sistemas de detecção, extinção e supressão de fogo em certos compartimentos. Atualmente, na maioria das aeronaves de transporte de passageiros os compartimentos de carga possuem uma classificação que exige a presença de sistemas antifogo. Como os requisitos de um projeto são, além do desempenho, custo e tempo de desenvolvimento e, no caso de aeronaves, o peso; há um interesse em criar ferramentas que auxiliem no desenvolvimento do sistema de extinção e supressão de fogo, determinando um sistema adequado com bom desempenho, em um espaço curto de tempo, e que atenda aos requisitos de segurança impostos. Esse presente trabalho apresenta inicialmente uma introdução à origem do fogo, ao elemento extintor e suas propriedades, aos critérios de certificação que criaram o sistema antifogo e aos sistemas comumente utilizados. Em uma segunda etapa, o trabalho apresenta a formulação de uma ferramenta matemática que determinará o comportamento temporal do agente extintor, valendo-se de teorias físicas. Essa formulação resultará em uma ferramenta computacional que será devidamente validada, atingindo assim a capacidade de simular com antecedência os resultados de um ensaio de certificação de um sistema de extinção e supressão de fogo.

O presente estudo trata da importância e operação do sistema de supressão de fogo no compartimento de carga de aeronaves considerando fatos históricos relevantes ao assunto e à evolução dos requisitos e processos construtivos para tal sistema. ÉE feita uma modelagem do sistema para estudo do comportamento do fluxo de agente extintor no escoamento através da tubulação de distribuição, desde o disparo da garrafa de extinção atée a saída do agente no compartimento de carga da aeronave. Com o desenvolvimento de uma metodologia de cálculo da vazão, considerando as características técnicas do sistema e as propriedades físicas do agente extintor, obtêm-se um modelo desenvolvido por programação no software Matlab (Versão 6.5; copyright 1984-2002, The MathWorks, Inc). Alguns resultados são gerados para avaliação da influência de cada parâmetro de entrada sobre o comportamento do sistema, tais como pressão da garrafa de extinção, pressão do compartimento de carga, diâmetro e comprimento da tubulação de distribuição e temperatura de operação. Os resultados obtidos em virtude da simulação paramétrica do modelo são comentados ressaltando em cada caso a relevância do componente em questão sobre o sistema. Este trabalho tem importância ao passo que permite analisar como uma modificação de projeto impacta no desempenho do sistema como um todo, possibilitando ao time de projeto avaliar uma proposta de modificação ou optar por outra solução.

As complexidades das configurações, da geometria e da topologia dos escoamentos encontrados em sistemas tais como câmaras de combustão de turbo-máquinas requerem métodos numéricos eficientes para modelar os escoamentos turbulentos reativos existentes. Este trabalho de modelagem numérica está relacionado com o desenvolvimento de ferramentas numéricas eficientes necessárias ao estudo dos escoamentos turbulentos reativos nessas aplicações. Na primeira parte desta tese, após relembrar os elementos de base que permitem a descrição de um escoamento turbulento reativo prée-misturado, são apresentadas as diversas etapas que presidem a elaboração do programa computacional. Inicialmente, introduz-se a técnica de compressibilidade artificial, que consiste em modificar as equações governantes acrescentando termos não-estacionários no pseudo-tempo, destinados a introduzir uma velocidade do som finita no domínio de cálculo. Em seguida é exposta a discretização por volumes finitos das equações governantes em malhas não-estruturadas bidimensionais híbridas, que contêm elementos triangulares e/ou quadriláteros. A adição de termos de dissipação artificial bem com o uso de um método do tipo Runge-Kutta para integrar os termos temporais no pseudo-tempo das equações governantes, que completam o método, são comentados em seguir. O programa de cálculo, desenvolvido na linguagem C++, foi validado considerando-se o problema de uma chama plana turbulenta, propagando-se livremente em uma turbulência "congelada". Este fenômeno foi modelado com um termo de produção química médio do tipo flamelet, no qual um corte representando extinção foi introduzido com a finalidade de selecionar uma só velocidade possível de propagação. Os resultados obtidos para uma chama lenta (0,5 m/s) ou rápida (10 m/s) foram comparados com aqueles obtidos na literatura. A precisão dos resultados é bastante satisfatória e os gradientes elevados de pressão estática, característicos do termo fonte empregado, são capturados corretamente, tanto no que se refere a sua intensidade quanto à sua localização, dentro da frente de chama média. Uma análise de sensibilidade e precisão da malha foi igualmente conduzida, assim como um estudo das características de convergência em função do valor do coeficiente de compressibilidade artificial. Tendo sido validado, o programa de cálculo foi, em seguida, utilizado com a finalidade de estudar esteiras inertes ou reativas encontradas à jusante de um obstáculo de seção transversal triangular, colocado no meio de um escoamento turbulento em um canal. Um modelo de turbulência do tipo k-e, acoplado a dois tipos de leis de parede foi utilizado. O desprendimento turbilhonar, típico dos escoamentos de esteiras inertes considerados, foi previsto corretamente com, em particular, uma freqüência de Strouhal de desprendimento com boa concordância com os resultados experimentais disponíveis. As esteiras reativas foram calculadas com um modelo de flamelet, onde os transportes turbulentos da variável de avanço da combustão foram calculados por aproximação do tipo gradiente. Três formas do termo de produção química médio, existentes na literatura, foram utilizados. Aparentemente, a estrutura da esteira reativa prevista é fortemente dependente da formulação adotada para o termo fonte médio. Embora os resultados obtidos sejam comparados àqueles apresentados por outro autores, em uma configuração de escoamento similar, a comparação com resultados experimentais mostra que é necessário uma melhoria na modelagem física de forma a prever este tipo de escoamento reativo de maneira satisfatória.