Resumo O conhecimento dos parâmetros macroscópicos do plasma, tais como a densidade e temperatura, bem como sua evolução e dependência espacial são fundamentais para a compreensão e controle do plasma. Esses parâmetros são essenciais para descrição dos eventos associados a fenômenos de transporte, atividade MHD, estudos de regime de confinamento melhorado (modo H), entre outros. O perfil de temperatura e densidade de íons e elétrons caracteriza um parâmetro extremamente importante em plasmas termonucleares que é o perfil de pressão. Para obter esses perfis foram utilizados os principais diagnósticos disponíveis no tokamak TCABR: espalhamento Thomson, interferometria, reflectometria, ECE e diagnósticos espectroscópicos. O espalhamento Thomson é capaz de determinar o perfil de temperatura e densidade eletrônica durante o disparo; já o diagnóstico ECE é capaz de medir a temperatura eletrônica sob certas condições de descargas. Já os diagnósticos de interferometria e reflectometria medem a densidade eletrônica integrada e a densidade eletrônica local, respectivamente. Por fim, o perfil de temperatura iônica pode ser estimado através do alargamento Doppler das linhas de emissão de impurezas. Tais dados são usados para reconstrução do perfil de pressão, em diferentes tipos de descargas no tokamak, bem como possibilitar a reconstrução do equilíbrio. Não obstante, esses diagnósticos podem fornecer informações como estimativa do Z efetivo do plasma, da velocidade de rotação, e das condições que promovem disrupção no TCABR / The knowledge of the plasma macroscopic parameters such as density and temperature as well as their temporal and spatial evolution are fundamental to the understanding and control of the plasma. These parameters are essential for description of events associated with transport phenomena, magnetohydrodynamics (MHD) activity, improved confinement studies (H mode), among others. The temperature and density profiles of electrons and ions define an extremely important parameter in thermonuclear plasmas that is the pressure profile. To measure these profiles we used all the main diagnostics available in the TCABR tokamak: Thomson scattering, interferometry, reflectometry, ECE and spectroscopic diagnostics. The Thomson scattering is able to determine the local electron temperature and density in the plasma discharge; ECE diagnostic is also able to measure the local electron temperature under certain plasma discharge conditions. And the interferometric and reflectometric diagnostics measure the line-integrated electronic density and the local electronic density, respectively. Finally, the ion temperature profile can be estimated by the Doppler broadening of the impurity line emissions. These data are used to reconstruct the pressure profile in different types of discharges in tokamak, and to enable the MHD equilibrium reconstruction. Nevertheless, these analyzes can provide information to estimate the plasma Z effective, plasma rotation velocity, and the conditions that promote the disruption in the TCABR.

O desenvolvimento da formulação co-rotacional dita independente do elemento tem possibilitado analisar estruturas sujeitas a grandes rotações e pequenas deformações de uma maneira simples, econômica e eficiente em relação às formulações lagrangianas. Neste trabalho emprega-se uma formulação co-rotacional, nos moldes do que é proposto por Nour-Omid e Rankin (1991), no desenvolvimento de um modelo de elementos finitos para pórticos espaciais sob pequenas deformações mas grandes rotações, baseado na teoria de vigas de Euler-Bernoulli com torção uniforme. A capacidade do modelo implementado em lidar com grandes rotações, mesmo recorrendo localmente a um elemento finito linear convencional, é ilustrada em vários exemplos.

O objetivo deste trabalho é estudar a vibração em vigas de Timoshenko rotativas. Foram obtidas duas soluções, sendo uma analítica e outra utilizando o Método dos Elementos Finitos. As equações de movimento foram obtidas a partir das Equações de Lagrange. Foi considerado também o efeito giroscópico segundo Timoshenko Para obter a solução analítica, assim como as matrizes de massa, do efeito giroscópico e de rigidez, foi utilizado o software Mathematica. Um software escrito em Fortran permitiu a montagem das matrizes globais dos elementos e a simulação de resposta do eixo, variando dimensões, material, velocidade angular e desbalanceamento. Os resultados são apresentados, discutidos e comparados.

The failure of an aircraft engine fan blade produces an unbalanced rotor condition. Even after the engine is shutdown, the aerodynamic forces may keep the rotors running during the remainder of the flight. This condition can induce significant vibratory loads throughout the airframe that may damage the airframe structure and critical equipments and also affect the crew's ability to sustain a safe flight. This work intends to present a numerical methodology to assess dynamic vibratory loads in a commercial aircraft under windmilling sustained engine imbalance condition, necessary to demonstrate compliance with the current aeronautical design rules. The problem is treated as linear and is formulated in frequency domain. Direct and modal formulations are described. Particular study is made to build up ways to incorporate damping in the system considering different formulations. Some physical effects present in this problem, such as gyroscopic and aerodynamic loads, are also investigated. In order to assess the dynamic loads, an integrated finite element model of aircraft and engine is necessary. Since the aircraft and engine models are usually developed by different groups, which need to exchange them, condensation techniques are extensively used, and some of these techniques are detailed herein. Methods used to improve the accuracy of results obtained in modal formulation are also discussed. Finally, the proposed methods are applied to a mid size commercial jet and the outcomes are analyzed.

O presente trabalho propõe e avalia, através de simulação, um Sistema de Controle de Atitude (SCA) autônomo, para satélites estabilizados por rotação (spin), utilizando como atuadores apenas magnetotorqueadores (MTQ), sem utilizar dispositivos passivos para amortecimento de nutação, e como sensores apenas magnetômetro e sensor de Sol. São utilizados três MTQ, formando um ângulo de 90 entre si, sendo apenas um ativo a cada instante e podendo apresentar os seguintes estados de funcionamento: ligado "positivamente", ligado "negativamente" ou desligado. O SCA ativa o magnetotorqueador que minimiza a condição de estabilidade assintótica, sendo controlados simultaneamente a magnitude e a direção do eixo de spin. Os estados do satélite, utilizados pelo SCA para avaliar a condição de estabilidade assintótica e chavear o magnetotorqueador mais adequado, são sua atitude e velocidade angular, que são estimadas pelo Sistema de Determinação de Atitude (SDA) a partir das medidas dos sensores citados anteriormente. Este SDA emprega estimadores de bias, atitude e velocidades angulares, sendo as estimativas geradas por um filtro de Kalman estendido (EKF). O eixo de spin deve se manter apontando ortogonalmente ao plano da eclíptica com velocidade de aproximadamente 40 rpm durante a fase operacional. O SCA é avaliado para o satélite universitário ITASAT, o qual é modelado como um corpo rígido, com massa de 73,6 kg, dimensões de 700x700x650 mm e momentos principais de inércia em torno de 6,5 kgom2, nos eixos perpendiculares à direção de spin, e 8,0 kgom2, na direção do eixo de spin. A missão do referido satélite é desempenhada em uma órbita circular, com altitude de 750 km e inclinação de 25. Os torques de perturbação avaliados são os devido ao gradiente de gravidade e devido às correntes induzidas. A parametrização da atitude do satélite é realizada através de quatérnio. Utiliza-se como modelo de campo geomagnético o World Magnetic Model (WMM-2005) e como modelo de mecânica celeste o Simplified General Perturbations Satellite Orbit Model 4 (SGP4), juntamente com um modelo embarcado de órbita Kepleriana, considerando apenas a perturbação J2. São consideradas incertezas no tensor de inércia, no valor dos atuadores e nas medidas dos sensores, bem como erros provenientes do SDA. Como condições iniciais, são avaliados dois cenários, ambos com erro de apontamento inicial de 15, e apresentando, respectivamente, spin inicial de 120 rpm e 0 (zero) rpm. A partir das simulações, verifica-se que o satélite atinge a atitude desejada após 10 dias para o spin inicial de 120 rpm e 5 dias para a outra condição avaliada. Finalmente, o SCA mostra-se bem-sucedido em regime, após uma fase inicial de manobras, mantendo o eixo de spin nominalmente perpendicular à eclíptica com velocidade de spin de 40 rpm, apresentando apontamento com erro inferior a 2,5 e erro de velocidade de spin com magnitude inferior a 1 rpm, e sendo o movimento de nutação amortecido e mantido com valor inferior a 1,5.

Nesta pesquisa são estudados os efeitos provocados pela perda de potência líquida através do rotor de helicópteros monomotores ocasionando o regime de operação conhecido como auto-rotação. São deduzidas as equações correspondentes desde o momento em que ocorre a perda de potência até quando o regime de auto-rotação já está estabilizado. Para o estudo realizado, faz-se uso das teorias da quantidade-de-movimento e do elemento-de-pá. Também é apresentado um modelo semi-empírico para o traçado do "diagrama altura versus velocidade". Nele estão demonstradas as regiões nas quais o vôo da aeronave fica restrito no caso da auto-rotação. Análises qualitativa e quantitativa do estudo realizado são levadas a cabo por meio de comparações dos resultados obtidos neste trabalho com os obtidos por diversos autores e disponíveis na literatura.

In dealing with rigid body three-dimensional rotational motion, one is inevitably led to face the fact that rotations are not vector quantities. They may, however, be treated as such when the angle of rotation is (very) small. In this context, i.e. the infinitesimal case analysis, the time derivatives of the rotation variables hold simple (sometimes vector-like) relationships to the components of the angular velocity vector. Conventionally, this distinctive characteristic cannot be associated with general moderate-to-large rotations.In this thesis, it is demonstrated that the kinematical differential relationship between the rotation vector and the angular velocity vector may, in fact, be expressed in terms of a mere time derivative, provided that the angle of rotation is kept within moderate bounds. The key to achieve such simplicity in the kinematical equation (linear attitude kinematics) within moderate angles of rotation is a judicious choice of the basis from which the time derivative is observed. This result is used to advantage within a generalised version of Euler's motion equations to construct a simple control law, which nominally realises both linear attitude tracking and linear angular velocity tracking (nominal linear attitude state tracking), within moderate attitude tracking errors. The analytical work presented here is unique in the sense that it combines attitude kinematics, dynamics and control in such a way that nominal linearity between the attitude state error variables is achieved within moderate attitude tracking errors. For the first time, an attitude control law explicitly enables the nominal closed-loop attitude state error dynamics to be chosen and motivated by useful physical concepts from linear control theory. The text also includes numerical simulations that validate and illustrate the theoretically achieved results.

Muitos processos industriais utilizam dutos de transporte de fluidos, os quais existem normas para a aferição da velocidade. O dispositivo ideal de medida seria o bocal de Venturi, contudo o método mais comumente utilizado de medição é a placa de orifício. O bocal convergente se mostra mais eficaz, quando comparado à placa de orifício, devido ao fato de não apresentar recirculação na entrada do bocal, além de que bocais convergentes podem efetuar medidas 55% maiores na vazão, usando o mesmo coeficiente beta (r?R) e o diferencial de pressão da placa de orifício. Outra vantagem deste bocal é o menor comprimento, quando comparado ao bocal de Venturi. Geralmente, no ambiente fabril, os fluidos nos dutos se apresentam turbulentos, por ter restrições no escoamento, ao longo da tubulação, assim podem causar diferenças na medição da vazão por gerar turbulências no escoamento da entrada, distintos das especificações da norma. Neste contexto, o presente trabalho demonstra os efeitos de rotação em fluidos no bocal de entrada presente no medidor de vazão do tipo convergente, utilizando a ferramenta de CFD (Computational Fluid Dynamics). Dessa forma, serão resolvidas as equações governantes (massa, quantidade de movimento e modelo de turbulência), usando, para isso, o método de volumes finitos. Logo, o acoplamento entre os campos de pressão e velocidade são estabelecidos aplicando o algorítimo SIMPLE. Inicialmente, um estudo de refinamento de malha será realizado para a determinação do coeficiente de descarga em um escoamento sem rotação na entrada do bocal. A comparação entre os resultados do coeficiente de descarga para bocais convergentes apresentados na norma ISO 5167-3 e os resultados numéricos para o mesmo bocal, é realizada e obtiveram boa correlação na faixa de 3% de desvio. Em seguida, o estudo do decaimento do Swirl ao longo de um duto liso e de um duto com bocal convergente é levantado e os resultados mostraram que o decaimento está mais associado com a velocidade axial (Reynolds) do escoamento do que da rotação imposta ao fluido.

Uma das grandes dificuldades para a determinação da hélice ideal para a aplicação no grupo moto propulsor em aeronave rádio controlada está associada ao seu desempenho. A escolha ideal do grupo moto propulsor, baseado em um motor responsável pela geração de potência de eixo e uma hélice que converte essa potência em força propulsiva, é de grande importância pois garante uma melhor qualidade de voo e menor consumo da fonte energética, que pode ser um combustível ou energia elétrica. As hélices são diferenciadas por suas características geométricas e aerodinâmicas definidas pelos seus respectivos fabricantes. As principais características geométricas são o diâmetro e o passo geométrico. A principal característica aerodinâmica é curvatura da pá, definida pelo formato aerodinâmico da seção transversal da pá. Este trabalho tem como objetivo principal a caracterização experimental de diversas hélices de diferentes fabricantes. Para tal trabalho foi desenvolvido um banco de hélices para obtenção dos principais parâmetros de desempenho de uma hélice, como força propulsiva e rotação. As hélices testadas possuem diâmetro de 13 polegadas com diferentes passos, sendo elas: APC (13x4, 13x6, 13x9, 13x10 e 13x11), Master Aircrew (13x5, 13x6 e 13x8), JCSuper (13x6) e Top Flite (13x6). Os resultados experimentais foram comparados com resultados obtidos através de modelagem numérica, utilizando a teoria de elemento de pá, e com alguns resultados experimentais e numéricos obtidos na literatura, a fim de validar os resultados numéricos. Os resultados experimentais mostram que hélices de dimensões equivalentes, de diferentes fabricantes, possuem desempenho propulsivo diferente.

A curva de rotação da Galáxia apresenta uma anomalia perto do raio da órbita solar R0, caracterizada pela presença de um mínimo. Existem trabalhos que, embora não façam uma afirmação categórica, interpretam o mínimo como sendo o resultado do decréscimo do efeito do disco, combinado com o aumento do efeito de um hipotético halo de matéria escura. A existência de tal interpretação reforça a importância de um estudo detalhado sobre sua natureza. No presente trabalho nós mapeamos a curva de rotação entre os raios galáticos 5 < R < 12 kpc usando diversas estrelas como traçadoras, por exemplo, Cefeidas, C-Miras, etc. Através de um método original realizamos o estudo cinemático para 322 Cefeidas. A partir desse estudo determinamos os melhores valores para os parâmetros da Galáxia, V0=202 +- 15 km/s e R0=7.5 +- 0.5 kpc. A melhor escolha possível para tais parâmetros é de fundamental importância, pois estes afetam a curva de rotação deduzida a partir de dados observacionais. Após determinarmos os valores de R0 e V0, analisamos as curvas de rotação obtidas por nós e vimos que elas apresentam um mínimo a uma distância de 1.5 +- 0.3 kpc de R0. O mínimo apresenta uma velocidade de 30 +- 10 km/s menor que a velocidade encontrada no raio galático igual a R0. Simulações computacionais mostraram que esse mínimo pode ser explicado por um déficit gaussiano na densidade superficial de matéria (gás + estrelas) do disco, com um decréscimo máximo de 30% do valor da densidade superficial total próxima a R0. Esse déficit pode ser explicado pelo efeito da co-rotação. / The Galaxy rotation curve shows an anomaly near the solar radius orbit R0, characterized by the presence of a minimum. There are works that implicitly interpret the minimum as the result of the decrease of the effect of the disk, combined with increasing of effect of a hypothetical dark matter halo. The existence of this interpretation reinforces the importance of a detailed study about its nature. In this work we obtained the rotation curve between Galactic radius, 5 < R < 12 kpc, using several stars as tracers, for instance, Cepheids, C-Miras, etc. Through a new method, we studied the kinematic of 322 Cepheids. From this study we determined the best values for the Galaxy parameters, V0=202 +- 15 km/s, and R0=7.5 +- 0.5 kpc. The best possible choice for such parameters is of fundamental importance since they affect the rotation curve inferred from observational data. After determining the values of R0, and V0, we analyzed the rotation curves obtained by us, and we saw that they have a minimum at a distance of 1.5 +- 0.3 kpc from R0. The minimum shows a velocity of 30 +- 10 km/s less than the velocity found at galactic radius R0. Computational simulations showed that this minimum can be explained by a Gaussian deficit of surface density of matter (gas + stars) of disk, with a maximum decrease of 30% of the value of surface density total arround R0. This deficit is explained by the effect of co-rotation.