Neste trabalho apresenta-se resultados de uma pesquisa experimental realizada no Laboratório de Plasmas e Processos do ITA, a qual, teve como objetivo principal desenvolver uma infra-estrutura laboratorial para simulação de ambiente de reentrada atmosférica e, em específico executar ensaios de materiais de proteção térmica, adequados a disponibilidade de recursos existentes. Em primeira instância são descritos os principais aspectos da reentrada, agrupando-os numa base de conhecimento necessária para iniciar pesquisas relacionadas à simulação experimental. Numa segunda instância, apresentam-se formas conhecidas de simulação de reentrada, descrevendo as principais características de um túnel de vento a plasma, do aparato experimental utilizado para geração dos jatos de plasma e dos métodos de diagnósticos para caracterização do jato produzido. Quanto ao aspecto prático, primeiro descreve-se características dos equipamentos que foram implementados na câmara de vácuo para ensaio de materiais, dos que já estavam disponíveis e dos que foram especialmente construídos para realização dos experimentos. A câmara com 3,2m3 de volume interno está equipada com sistema de bombeamento adequado para atingir a pressão residual de 10-4N/m2, medidores de vácuo, válvula automática para controle da pressão de processo e fluxímetros para 5 tipos de gases. Levantou-se a capacidade de bombeamento do sistema de vácuo, correlacionando fluxo de gás injetado e pressão, obtendo-se como resultados curvas completas de calibração da Estação Experimental, as quais definem os limites de parâmetros aerodinâmicos que podem ser simulados no sistema. Construiu-se e testou-se três tipos conceituais de geradores de jato de plasma, para ensaios térmicos de materiais: o reator do tipo catodo oco refrigerado a água, duas versões do reator do tipo descarga em regime de arco a baixa pressão, com catodo de mercúrio e condensador de vapor resfriado a nitrogênio líquido e duas versões de tocha de plasma. O reator do tipo descarga em de arco com catodo de mercúrio trata-se de uma concepção inovadora para geração do jato de plasma, através da qual, pode-se obter menor grau de contaminação do jato lançado na câmara de expansão. Foi construída uma fonte de potência elétrica capaz de gerar tensão de 1,6kV e corrente de 3A para produzir a descarga que forma o jato de plasma. Diversos ensaios foram efetuados visando caracterizar os parâmetros operacionais desses reatores bem como mostrar a viabilidade de se produzir na câmara de vácuo um jato de plasma com intensidade adequada para ser utilizado em ensaios térmicos de materiais. Analises de espectrometria de massa foram realizadas para caracterizar as espécies químicas do jato de plasma formado em Ar, N2, O2 e suas misturas. Finalmente ensaios térmicos preliminares confirmaram a aplicabilidade dos jatos de plasma gerados para o adequado teste de material, tendo sido produzidos jatos com potências da ordem de até 2,5MW/m2 em pressões entre 70 e 440N/m2 que correspondem a faixa entre 37 e 52km de atitude. A realização dos trabalhos permitiu ampliar conhecimento e experiência, indicando claramente a possibilidade de se atingir o objetivo principal da equipe de pesquisa que é a realização da proposta de planos para construção de um Túnel de Plasma Brasileiro.

O trabalho aqui apresentado visa estudar diferentes tipos de piso localizados na seção de testes de um túnel de vento e verificar a influência que ocorre em ensaios de automóveis analisando o escoamento entre o veículo e o solo, assim como avaliar alterações no coeficiente de arrasto, utilizando simulações numéricas computacionais. O coeficiente de arrasto de um veículo é uma propriedade aerodinâmica importante e, quanto menor for esse valor, melhor será seu rendimento, além de melhorar o consumo de combustível, item relevante hoje no projeto de novos automóveis. Partindo de um ensaio experimental de uma pequena caminhonete em túnel de vento com piso fixo, um modelo virtual igual é construído e analisado por CFD, nas mesmas condições de teste do ensaio real. A diferença de resultado entre o coeficiente de arrasto medido em túnel de vento e o cálculo por simulação é de 0,25%, mostrando que o método de simulação possui grande confiabilidade. Posteriormente, outras duas simulações considerando dois outros tipos de solo: plataforma elevada e esteira rolante são analisadas e apresentaram diferenças de decréscimo valor de arrasto de 0,002 e 0,012 respectivamente, em relação a simulação com piso fixo, mostrando a influência de alterar o tipo do solo na seção de testes do túnel de vento. O comportamento do escoamento de ar é visualizado através de imagens do campo de velocidades e de pressões, sendo caracterizadas a camada limite e regiões de estagnação. Complementarmente, são realizados dois estudos: o primeiro considerou apenas uma roda isolada em condição de piso fixo e com esteira rolante, na mesma seção de testes do túnel de vento, visando medir a influência de mudar tipos de solo, sem utilizar um veículo completo, economizando em processamento e preparação de modelo. O segundo estudo considerou 3 diferentes tamanhos de malha sendo eles 5, 10 e 20 mm e medir a influência disso no resultado do coeficiente de arrasto obtido. / The work here presented aims to study different types of ground configurations, located at the test section of a wind tunnel and check their influence on the drag coefficient of one car, using only computer simulations. The drag coefficient of a vehicle is one of the most important aerodynamic proprieties, and as low as this drag value can be, the car performance will increase and the fuel consumption will decrease, item which has been persued in new vehicles. Starting from one real wind tunnel test of a small pick-up, with static test section ground, a virtual model was built and tested using CFD, following the same configuration of the real test. The difference between test and simulation results was 0.25%, showing that the methodology here used is reliable. After that, two other types of ground were simulated: elevated plate and moving belt and the results show that drag value decreased 0.002 and 0.012 respectively, compared to the value obtained with static ground simulation. The flow behavior is demonstrated with colored images of the velocity and the pressure fields. As a complement for this work, two other cases were studied: the first one analyzed one isolated wheel in two different types of ground: static and moving belt, at the same wind tunnel test section, aiming to measure the influence of these types of ground, without the need of using a complete car, saving computational and modeling time. The second study shows the influence of mesh size, considering three cases: 5, 10 and 20 mm, in order to evaluate the influences of it on drag coefficient results provided by CFD.

Recently, the wavy leading edge airfoils, inspired by the humpback whale´s flipper, have been investigated, as flow control mechanisms, at low Reynolds numbers in order to improve aerodynamic performance in this particular flow regime. The overall aim of this work is to investigate the airfoil geometric effects on wavy leading edge phenomena in the low Reynolds number regime. Experimental investigations were carried out correlating force measurements with mini-tuft and oil visualizations in order to understand the airfoil thickness effects on wavy leading edge phenomena. Three sets of airfoil thickness were tested (NACA 0012, NACA 0020 and NACA 0030), each set consisting of smooth plus three wavy configurations (A=0.11c, ?=0.40c; A=0.03c, ?=0.40c and A=0.03c, ?=0.11c); Reynolds number was varied between 50,000 and 290,000. The results present many findings that were not possible in previous studies due the fact that these investigations were constrained to specific geometries and/or flow conditions. At higher Reynolds number, the decrease in airfoil thickness leads the airfoils to leading edge stall characteristics causing the lowest aerodynamic deterioration for the thinnest wavy airfoil as compared to smooth configuration in the pre-stall regime. In addition, the results show impressive tubercle performance in the lowest Reynolds number. For any tubercle geometry and airfoil thickness, the wavy leading edge airfoils present higher maximum lift values as compared to smooth configurations showing an unprecedented increase in performance for a full-span model tested in the literature. The flow visualizations present two flow mechanisms triggered by secondary flow: three-dimensional laminar separation bubbles and vortical structures. Regarding three-dimensional laminar bubbles, the results confirm some of the few previous experimental and numerical studies, and presents for the first time these structures as a very efficient flow control mechanism in the post-stall regime justifying the impressive increase in maximum lift in the lowest Reynolds number. Besides that, two characteristics of laminar bubbles, \"tipped-bubbles\" and \"elongated-bubbles\", are identified with different effects in the pre-stall regime. This thesis presents higher tubercle performance for thinner airfoils (NACA 0012) and/or lower Reynolds number conditions (Re=50,000) showing clearly that an optimum performance lead the \"tubercles\" to operate under conditions of leading edge flow separation conditions. Therefore, a design space for tubercles conducted to leading edge stall characteristics confirming the hypothesis of Stanway (2008) eight years before. / Recentemente, aerofólios com bordo de ataque ondulados, inspirados na nadadeira da baleia jubarte, tem sido investigados como mecanismo de controle de escoamento para baixo número de Reynolds com a finalidade de se aumentar o desempenho aerodinâmico neste específico regime de escoamento. O objetivo geral deste trabalho é investigar os efeitos geométricos do aerofólio nos fenômenos do bordo de ataque ondulado na condição de baixo número de Reynolds. Investigações experimentais foram realizadas correlacionando medições de forças com visualizações de lã e óleo a fim de compreender os efeitos da espessura do aerofólio sobre os fenômenos de bordo de ataque ondulado. Três conjuntos de espessura de aerofólios foram testados (NACA 0012, NACA 0020 e NACA 0030) na faixa de número de Reynolds entre 50,000 e 290,000, onde cada conjunto tem um aerofólio liso e três ondulados (A = 0.11c, ? = 0.40c; A = 0.03c, ? = 0.40c e A = 0.03c, 0.11c ? =0.11c). O dados experimentais mostram importantes resultados que não foram possíveis em estudos anteriores devido às investigações serem restritas à geometria ou/e condição de escoamento específicas. O resultados de medida de força mostram que a diminuição da espessura do aerofólio conduz às características de separação de escoamento de bordo de ataque que causam menor deterioração aerodinâmica nos aerofólios ondulados finos quando comparados aos lisos no regime de pré-stall. Além disso, os resultados mostram um desempenho destacado do bordo de ataque ondulado para condição de menor número de Reynolds. Em quaisquer espessuras de aerofólio, os bordos ondulados apresentam valores de sustentação máxima maiores quando comparado aos aerofólios lisos mostrando assim resultado inédito na literatura para modelos ondulados bi-dimensionais. As visualizações de óleo evidenciaram dois mecanismos de controle de escoamento desencadeadas pelo escoamento secundário: bolhas de separação laminar tridimensionais e estruturas vorticais. Os resultados confirmam alguns poucos estudos experimentais e numéricos anteriores relacionadas com bolhas tridimensionais, e apresenta pela primeira vez estas estruturas como um mecanismo muito eficiente de controle de escoamento em regime de pós-stall justificando o aumento de máxima sustentação para o menor número de Reynolds. Adicionalmente, foram identificadas duas estruturas de bolhas tridimensionais nomeados aqui como \"bolhas com pontas\" e \"bolhas alongadas\" que causam distintos efeitos no regime de pré-stall. Esta tese apresenta como resultado maior desempenho para aerofólios ondulados com menor espessura (NACA 0012) e/ou para condições de menor número de Reynolds (Re=50,000)mostrando claramente que estas características levam as ondulações a operarem em condições de stall de bordo de ataque assim tendo um desempenho superior. Portanto, um espaço de projeto para tubérculos conduz às características de stall de bordo de ataque confirmando a suposição de Stanway (2008) oitos anos antes.