As estruturas aeronáuticas estão sujeitas a diversas solicitações, devido principalmente às interações com o escoamento aerodinâmico, que podem causar distúrbios e vibrações, comprometendo seu desempenho. As medidas aerodinâmicas aplicadas em uma aeronave podem ser obtidas por simulações computacionais ou testes experimentais. No entanto, podem existir imperfeições na simulação computacional, como por exemplo, se conseguir reproduzir algumas condições de vôo real. Sendo assim, diversas pesquisas vêm sendo realizadas para solucionar estes problemas. Dentre elas estão os testes experimentais feitos em túnel de vento com modelos de escala real em diversas condições de vôo. Desta forma, a construção de um modelo físico de um aerofólio em escala reduzida e a implementação de sensores a este modelo torna-se uma ferramenta bastante importante para validar resultados teóricos e experimentais. Assim, nesse trabalho realizou-se a construção de um modelo de aerofólio NACA0012, o desenvolvimento de um mecanismo de fixação do modelo ao túnel de vento e a implementação de um controlador de oscilação forçada. O modelo físico realiza oscilações harmônicas, em regime não-estacionário. O objetivo do trabalho foi mapear as medidas de pressão atuantes sobre modelo ensaiado em regime estacionário e não-estacionário e fazer a comparação entre os dois casos. / Aeronautical structures are affected by many loads, most of them given by the aerodynamic flow interactions. These flow interactions may cause vibration leading to structural failure, such as cracks and fatigue. The aerodynamic flow interactions can be measured by experiment or predicted by computational simulation. Otherwise, computational simulations on its own are not reliable and can not reproduce a real flight condition, such as the mean atmospheric turbulence dynamic. Many researches has been done to solve these problems for computational simulations. One of them are the wind tunnel experiments with a full scale models in many flight conditions for posterior comparison. For a smaller wind tunnel, a small scale physical prototype well instrumented becomes an important solution to validate theoretical and experimental results. In the present work the construction of a NACA 0012 airfoil model, the development of a constraint mechanism and the implementation of a forced oscilation control system were done. The physical model oscilates with a given frequency. The aim of present work is to map the pressure measurements actuating on the model, testing it under a steady state condition and a transient condition for posterior comparison of both conditions.

O presente trabalho tem como objetivo realizar um estudo comparativo entre os três métodos para obtenção das características aerodinâmicas de tabuleiros de pontes: analítico, experimental e numérico. O tema é motivado pelo crescimento das necessidades de conhecimento científico e tecnológico na área de desempenho aerodinâmico de seções típicas de pontes nas etapas mais iniciais de projeto. A precisão de uma ferramenta de previsão certamente acelera a convergência ao modelo final; porém, qualquer metodologia numérica deve ser extensivamente testada antes de ser utilizada nos escritórios de cálculo. Inicialmente mostra-se a lógica da análise de instabilidades provocadas pelo vento, resume-se a modelagem de tabuleiros de pontes para ensaios em túnel de vento e descreve-se o método numérico implementado no programa comercial de análise de pontes RM. Comparam-se dados disponíveis de testes de modelos reduzidos no túnel de vento com as estimativas de aproximação do Método da Vorticidade em Partículas (MVP). Confrontam-se resultados para casos clássicos, um estudo paramétrico, dados dos relatórios de três pontes Brasileiras já ensaiadas no Túnel de Vento Joaquim Blessmann do LAC – PPGEC/UFRGS: Paulicéia, Guamá e Roberto Marinho. Finalmente, considera-se o método experimental como preciso e julga-se o método numérico comparativamente, analisando a confiabilidade dos resultados e procurando definir a sua faixa de aplicabilidade. Examinando a variabilidade dos resultados, bastante baixa, definiu-se sua faixa de aplicação considerando os resultados obtidos como satisfatórios para projetos básicos e executivos de estruturas; necessitando, porém, para os casos especiais, de comprovação experimental em túnel de vento antes da sua execução. Exemplifica-se então o uso do método para alguns problemas de análises de seções. Os resultados e comparações corroboram verificações anteriores do método dos vórtices discretos para verdadeiras seções de pontes e mostram porque o seu uso vem se tornando cada vez mais aceitável. / The work has the objective to realize a comparative study between three methods to obtain bridge aerodynamic coefficients: analytic, experimental and numerical. The theme is motivated by the increasing need of knowledge about the aerodynamic behaviour of bridge decks in the early stages of the design process. The accuracy of a predictive tool will certainly accelerate the convergence to the final design. However, any numerical methodology must be extensively tested ascertain and hence validated before it becomes of current use by designers. Collaboration is made comparing wind tunnel data of reduced models and numerical estimations by a simplified approach. After a brief overview of wind loading and wind tunnel modeling, the bridge wind resistance design in the commercially available bridge design software package RM is shown. The Discrete Vortex Method and the implementation are shortly described. Initially, classical fluid problems are indicated together with the comparison of parametric cross sectional bridge shapes. After, three Brazilian large cablestayed bridge projects are presented as instance of analysis: Paulicéia, Guamá and Roberto Marinho. Bridges aerodynamic coefficients were experimentally obtained at the Boundary Layer Wind Tunnel Joaquim Blessmann at Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Finally, experimental results are considered precise and those results evaluated with CFD are compared analyzing the liability and applicability. According to the results variability, quite low, we considered them appropriated for basic and final structural designs; needing, although, for special cases, of experimental probation in wind tunnel tests before the construction phase. Some CFD analysis problems of cross sections are then presented as application examples. The results and similitude corroborate earlier verifications of the method and this implementation, demonstrating why its use is becoming increasingly acceptable.

A estrutura do vento varia de acordo com as características do terreno e com a rugosidade da superfície terrestre, desacelerando proporcionalmente sua intensidade de acordo com a proximidade do solo, o que determina a constituição da camada limite atmosférica (C.L.A.). As características do escoamento sobre e no entorno de características topográficas obtusas tais como morros são de grande interesse em muitas aplicações, especialmente aquelas ligadas à engenharia de vento. Esta pesquisa foca a investigação da C.L.A. sobre terrenos complexos, analisando a estrutura do escoamento turbulento, a separação e a recomposição do mesmo. Para tanto, dois métodos são empregados e comparados na presente investigação para identificar a influência da orografia complexa sobre o escoamento do vento: padrões ou códigos de carga de vento e análises experimentais em túnel de vento. Nove modelos experimentais de morros isolados, sendo quatro simétricos bidimensionais, quatro simétricos tridimensionais e um assimétrico, todos com a consideração de dois tipos de terreno, categoria I – plano e categorias III-IV – medianamente rugosas são analisados. A partir de uma simulação experimental da camada limite em túnel de vento, é possível parametrizar os efeitos do vento sobre terrenos complexos (MILLER, 1995). A definição de variáveis, tais como: o perfil de velocidade do vento, a intensidade de turbulência, os efeitos topográficos na velocidade do vento constituem-se em elementos fundamentais para cálculos estruturais de edificações situadas no entorno. Foram desenvolvidas simulações experimentais no túnel de vento de camada limite Prof. Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Na superfície do modelo assimétrico, na radial principal do mesmo, foram localizados nove perfis de medição, contendo cada um, vinte alturas de investigação. Os demais modelos tiveram como foco de análise o cume dos mesmos, também com perfis definidos nas mesmas alturas. As medições da velocidade do vento e da intensidade da turbulência foram procedidas por um sistema de anemometria de fio quente. Os dados obtidos em túnel de vento foram confrontados com expressões empíricas calculadas para os mesmos pontos segundo cinco códigos ou padrões de carga de vento, pontuando também as correlações entre os mesmos e entre estes com a norma brasileira NBR 6123 (1988). Os modelos, códigos ou padrões analisados foram: Jackson e Hunt (1975) e Davenport, Surry e Lemelin (1988), models e as normas a seguir nominadas:Norma Brasileira: cargas de vento em Edificações - NBR 6123 (1988); European Standard:Eurocode1: Basis of Design and Actions on Structures, CEN TC 250: 2002; Australian/New Zealand Standard: Minimum Design Loads on Structures, AS/NZS 1170.2: 2002; Architectural Institute of Japan AIJ: 2004; American Society of Civil Engineering Standard, ASCE 7-95 (ASCE 7-95), Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures;National Building Code of Canada, 2005, (NRCC 2005). Além do estudo comparativo acerca da resposta estimada pelos códigos nominados, esta pesquisa constitui-se em um banco de dados de medições em pontos localizados nos morros nominados, em túnel de vento. O comparativo entre os padrões mostra a inexistência de uma harmonização entre os mesmos para a consideração dos parâmetros a serem empregues para o cálculo de cargas de vento. Estas diferenças na definição dos parâmetros básicos para o carregamento de vento em estruturas determinam grandes dificuldades na unificação de formatos recomendados na previsão das cargas de vento. Comparativamente aos dados experimentais, os padrões, em geral, mostram-se conservadores para os dois tipos de morros analisados, simétrico e assimétrico, para os dois tipos de terreno, tanto considerando-se análises em 2D ou 3D. / The structure of the wind varies with the characteristics of the terrain and roughness land surface, slowing its intensity proportionally according to the surrounding terrain, which determines the onset of boundary layer (ABL). The characteristics of the flow over and around topographic features such as hills are of great interest in many applications, especially those related to wind engineering. From an experimental simulation of the boundary layer wind tunnel, it is possible to parameterize the effects of wind over complex terrain (MILLER, 1995). The definition of variables, such as the profile of wind speed, the turbulence intensity, the topographic effects on wind speed are key elements in structural calculations for buildings situated around the area. This research focuses on the investigation of the ABL complex terrain conditions, analyzing the structure of turbulent flow and characterization of separation and reattachment of the flow. Experimental simulations were developed in the wind tunnel of the atmospheric boundary layer Prof. Joaquim Blessmann, Federal University of Rio Grande do Sul in nine models of hills, four symmetrical two-dimensional, four- symmetrical threedimensional and one asymmetrical, all considering two types of terrain, category I - plan and Category III-IV- moderately rough. The surface of the asymmetric model was measured in nine profiles ploted on the main radial of the hill, with twenty heights each, and the other models were examined at top of the hill. The measurements were performed with a system of hot wire anemometry to measure the wind velocity and intensity of turbulence. The identification of the data obtained in the wind tunnel were confronted with empirical expressions for the same points, in order to establish the correlations between patterns and among these with NBR 6123 (1988). Two models and five codes of wind loads are analyzed: Jackson and Hunt (1975) and e Davenport, Surry e Lemelin (1988) Models and Brazilian Association of Technical Standards: Wind Load on Buildings, NBR 6123 (1988); European Standard: Eurocode1: Basis of Design and Actions on Structures, CEN TC 250: 2002; Australian/New Zealand Standard: Minimum Design Loads on Structures, AS/NZS 1170.2: 2002; Architectural Institute of Japan AIJ: 2004; American Society of Civil Engineering Standard, ASCE 7-95 (ASCE 7-95), Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures; National Building Code of Canada, 2005, (NRCC 2005) codes. This study focuses not only the comparison of the response estimated by international codes nominees, but also a data bank of wind tunnel data to validate this tool based on empirical expressions. The comparison of the patterns shows a lack of consideration for international harmonization of the parameters to be employed for the calculations of wind loads. These differences in defining the basic parameters for the wind loading on structures determines difficulties to unify the formats recommended in the prediction of wind loads. Compared to the experimental data, the patterns will generally show up conservative for both types of mounts analyzed, symmetrical and asymmetrical, for both types of terrain, both considering 2D or 3D.

Uma base elástica para ensaios seccionais de pontes foi projetada a partir de mancais aerostáticos. Um sistema de dois graus de liberdade foi construído, de forma a possibilitar estudos de flutter, de galloping e de vibrações induzidas por vórtices em túneis de vento. A base mostrou-se bastante versátil, permitindo diversas configurações além da inicialmente prevista, o que possibilita a realização de estudos envolvendo diferentes fenômenos aeroelásticos nos mais variados modelos. Foram realizados ensaios para a caracterização de galloping em um prisma de seção quadrada e de flutter em um fólio NACA 0020. Os resultados de galloping obtidos, considerando o escoamento incidente perpendicular a uma das faces do prisma, foram condizentes com os encontrados na literatura. Por outro lado, as derivadas de flutter obtidas nos ensaios com o fólio não foram aquelas esperadas. Ensaios complementares deverão ser realizados no futuro com o objetivo de determinar as fontes das discrepâncias observadas. / A new elastic suspension system using air bearings for heaving and pitching motions was designed to test section models of suspended bridges in wind tunnels. The two-degrees-of-freedom system and its versatility makes possible the study of many aeroelastic phenomena, such as galloping, vortex-induced vibrations, buffeting and flutter. Moreover, as a modular system is proposed, degrees of freedom can be easily removed or added as desired. Therefore, it can be used to study not only bridge aeroelasticity, but also fluid-structure interaction of other geometries. In order to verify the suspension system, galloping tests, using a square cylinder, and flutter tests, using a foil NACA 0020, were done at IPT\'s wind tunnel facility. The galloping response obtained for the square cylinder was consistent with the literature. On the other hand, the flutter derivatives obtained for the foil differ from those expected. Therefore, other investigations must be done in the future in order to identify the sources of the discrepancies observed.

As pesquisas modernas em aeronáutica envolvem a expansão dos envelopes de vôo, como resultado do desejo de melhorar a manobrabilidade e controlabilidade em operações táticas, e melhorar a segurança do vôo. Esses objetivos podem ser alcançados através do desenvolvimento de sistemas automáticos de controle de vôo. Os sistemas de controle aplicados a aeronaves podem ser desenvolvidos e simulados através de métodos computacionais. No entanto, existem imperfeições na simulação computacional por não se conseguir reproduzir algumas características do vôo real ou devido a simplificações no modelo matemático da aeronave. Desta forma, a construção de um modelo físico de uma aeronave em escala reduzida e a implementação de um controlador a este modelo, torna-se uma ferramenta bastante importante para validar resultados teóricos e métodos computacionais. Os custos associados a estes testes são geralmente muito menores que aqueles dos ensaios em vôo e com maior flexibilidade de instrumentação. Este trabalho descreve a construção de um modelo de aeronave, baseado no X-29, o desenvolvimento de um mecanismo de fixação do modelo ao túnel de vento, tipo rótula, e a implementação de um sistema de aumento de estabilidade longitudinal, através de um sistema de controle automático. O modelo físico possui uma configuração de asa com enflechamento negativo e canard, e que tende a ser inerentemente instável, sendo necessário o auxílio de um sistema de aumento de estabilidade. Testes de estabilidade dinâmica em arfagem foram realizados no túnel de vento em diferentes posições do centro de gravidade. Os parâmetros de estabilidade foram registrados e analisados através de uma curva de ajuste exponencial. / Modern aeronautical research involves flight envelope expansion as the result of a desire for improvement in tactical operation handling qualities and improvement in flight safety. These objectives can be achieved through the development of automatic flight control systems. Aircraft flight control systems can be developed and simulated through computational methods. However, there are imperfections in the computational simulation of flight dynamics due to the difficulty in reproducing real flight conditions or due simplifications in the aircraft mathematical model. The construction of a reduced scale physical aircraft model and the implementation of a controller is a very valuable tool to validate theoretical results and computational methods. The costs associated with these tests are usually much smaller than those associated with full scale flight testing and may offer greater flexibility for instrumentation. The present work describes the construction of an airplane model, based on the X-29, the development of a wind tunnel gimbal type support and the implementation of a longitudinal stability augmentation system using automatic flight control. The model configuration has forward swept wings and canard with a tendency to be inherently unstable and, thus, requiring a stability augmentation system. Pitching dynamic stability tests where conducted in a wind tunnel in different center of gravity positions. Stability parameters were acquired and analyzed by exponential fit curve.

Uma importante estratégia de projeto para melhorar o desempenho térmico das edificações em climas quentes e úmidos é a adoção conjunta da ventilação natural e de dispositivos de sombreamento. Contudo, quando a ventilação natural é ocasionada pela ação dos ventos nas edificações, as pressões do vento nas envoltórias da edificação são alteradas com a presença de elementos externos próximos que mudam as características do fluxo incidente. Deste modo, o presente trabalho tem como objetivo avaliar os impactos na ventilação natural, e nas temperaturas internas do ar e/ou no conforto térmico de uma habitação térrea em um clima quente e úmido, a partir do uso de diferentes dispositivos de sombreamento externos e muro. Para isso, foram realizadas simulações computacionais no programa EnergyPlus através do módulo AirflowNetwork. Foram realizados ensaios em túnel de vento de Camada Limite Atmosférica (CLA) para a obtenção dos coeficientes de pressão (Cps). Os resultados apontaram impactos específicos a cada elemento estudado, no entanto o fenômeno mais frequente nos casos com dispositivos de sombreamento foi a redução dos efeitos de sobrepressão e sucção. Quanto aos seus impactos nas renovações de ar, estes provocaram uma diminuição do fluxo de ar e, consequentemente, o aumento da temperatura no período predominantemente noturno. Entretanto, foi observado um maior impacto na atenuação das temperaturas internas nos períodos diurnos, que prevaleceu sobre o aumento nos períodos de ventilação. Destacou-se, dentre os dispositivos de sombreamento estudados, as proteções tipo veneziana por proporcionarem um melhor desempenho térmico. Já os muros, dentre todos os elementos estudados, foram os que tiveram maior impacto nos Cps. Tal fenômeno significou a diminuição da taxa de renovação de ar dentre 50 e 75%. O impacto mais sobressalente nas temperaturas internas nestes casos foi o aumento destas no período noturno, limitando o potencial da ventilação natural para a remoção de calor da edificação / An important design strategy for improving the thermal performance of buildings in hot and humid climates is the adoption of natural ventilation strategies and shading devices combined. However, when natural ventilation is wind-driven, the wind pressures on the building envelope are altered by the presence of nearby external elements that change the incident flows characteristics. Thus, the present work aims to evaluate the impacts on natural ventilation, and the internal air temperatures and/or the thermal comfort of a single ground floor low-cost house in a hot and humid climate, considering the use of different external shading devices and walls. For such, computational simulations were performed in the EnergyPlus program using the AirflowNetwork module. Atmospheric Limit Wind (CLA) wind tunnel tests were performed to obtain pressure coefficients (Cps). The results indicated specific impacts to each element studied, however the most frequent phenomenon in cases with shading devices was the reduction of the effects of overpressure and suction. As for their impacts on air changes rate, they caused a decrease in airflow and, consequently, an increase in temperature predominantly in the nocturnal period. However, a greater impact was observed in the attenuation of internal temperatures in the daytime periods, which prevailed over the increase in ventilation periods., Among the shading devices studied, venetian type protections for providing better thermal performance were highlighted. Among all the elements studied, the walls had the greatest impact on the Cps. This phenomenon meant the reduction of the air changes rate between 50 and 75%. The most significant impact on internal temperatures in these cases was the their increase at night, limiting the potential of natural ventilation to the removal of heat from the building.

Esta pesquisa teve como objetivo verificar a alteração do campo de vento na área de estudo, decorrente da alteração de gabarito quanto à ventilação natural, e avaliar o impacto nas condições de conforto dos pedestres. A verificação das condições de ventilação natural nas cidades, com estudos em modelos, auxilia na elaboração de projetos arquitetônicos, ou de planejamento, possibilitando uma análise da influência do efeito do vento em determinados locais da área em análise. O objeto de estudo da tese é a relação entre a alteração de gabarito (altura dos edifícios) e as mudanças ocasionadas na ventilação natural em espaços urbanos na área entre o Canal 1 e 2 (Bairro Pompéia) na cidade de Santos/SP. Partiu-se da hipótese que a ventilação natural em áreas urbanas depende da altura dos edifícios, da direção e velocidade dos ventos. Foi utilizado método experimental com simulação da configuração urbana em túnel de vento, medidas in loco para a verificação das condições climáticas, simulação com software CFD (Computer Fluids Dynamics) e a aplicação de um índice de neutralidade térmica. Trata-se de uma tese de caráter experimental e exploratório, onde os métodos utilizados demonstraram ser aplicáveis para o entendimento das condições de ventilação natural em meio urbano. / The objective of this research is to verify alterations of the wind pattern in the study area, stemming from changes to the grids natural ventilation, and evaluate the impact to the pedestrians comfort conditions. The verification of natural ventilation conditions in cities, with the study of models, aids in the creation of architectural or planning - designs, enabling an analysis of the influence of the effects of wind in certain points of the area in study. This thesis object of study is the relation between changes to the framework (building height) and changes to the natural ventilation in urban environments in the area between Canal 1 and 2 (Bairro Pompéia), in the city of Santos/SP. The hypothesis is that natural ventilation in urban areas depends on the height of buildings, direction and velocity of winds. The study involved an experimental method, with wind-tunnel simulation of the urban grid, in loco measurements of the climate conditions, simulation with CFD software and application of a thermal neutrality index. This thesis is experimental and exploratory in its character, and the methods used proved applicable to the understanding of the natural ventilation conditions in an urban environment.

Esta pesquisa teve como objetivo verificar a alteração do campo de vento na área de estudo, decorrente da alteração de gabarito quanto à ventilação natural, e avaliar o impacto nas condições de conforto dos pedestres. A verificação das condições de ventilação natural nas cidades, com estudos em modelos, auxilia na elaboração de projetos arquitetônicos, ou de planejamento, possibilitando uma análise da influência do efeito do vento em determinados locais da área em análise. O objeto de estudo da tese é a relação entre a alteração de gabarito (altura dos edifícios) e as mudanças ocasionadas na ventilação natural em espaços urbanos na área entre o Canal 1 e 2 (Bairro Pompéia) na cidade de Santos/SP. Partiu-se da hipótese que a ventilação natural em áreas urbanas depende da altura dos edifícios, da direção e velocidade dos ventos. Foi utilizado método experimental com simulação da configuração urbana em túnel de vento, medidas in loco para a verificação das condições climáticas, simulação com software CFD (Computer Fluids Dynamics) e a aplicação de um índice de neutralidade térmica. Trata-se de uma tese de caráter experimental e exploratório, onde os métodos utilizados demonstraram ser aplicáveis para o entendimento das condições de ventilação natural em meio urbano. / The objective of this research is to verify alterations of the wind pattern in the study area, stemming from changes to the grids natural ventilation, and evaluate the impact to the pedestrians comfort conditions. The verification of natural ventilation conditions in cities, with the study of models, aids in the creation of architectural or planning - designs, enabling an analysis of the influence of the effects of wind in certain points of the area in study. This thesis object of study is the relation between changes to the framework (building height) and changes to the natural ventilation in urban environments in the area between Canal 1 and 2 (Bairro Pompéia), in the city of Santos/SP. The hypothesis is that natural ventilation in urban areas depends on the height of buildings, direction and velocity of winds. The study involved an experimental method, with wind-tunnel simulation of the urban grid, in loco measurements of the climate conditions, simulation with CFD software and application of a thermal neutrality index. This thesis is experimental and exploratory in its character, and the methods used proved applicable to the understanding of the natural ventilation conditions in an urban environment.