Os modelos convencionais da Mecânica do Vôo apresentam equações linearizadas, que são deduzidas utilizando entre outras hipóteses, a de desacoplamento dos movimentos longitudinais dos látero-direcionais. Esta hipótese porém não é aceitável quando se pretende a otimização dos controles, na presença de manobras onde existe tal acoplamento. É o caso por exemplo de ocorrência de assmetrias de inércia, ou de captura de trajetórias 3D com 6 graus de liberdade. Por outro lado se deseja levar em conta as derivadas das variáveis na função objetivo que determina os ganhos ótimos, isto é feito comumente aumentando a ordem do sistema, com a inclusão destas variáveis no vetor de estado. Este trabalho apresenta o desenvolvimento teórico que mantém as características de acoplamento e permite a obtenção de ganhos, com efeito das derivadas, sem o aumento do vetor de estado. Diversos exemplos ilustrativos com aviões existente são incluídos, demonstrando a importância e a aplicação do presente desenvolvimento.

Um algoritmo implícito eficiente de fatorização aproximada, concebido para resolver a equações conservativa do potencial completo, foi empregado para cálculo do escoamento transônico em torno de configurações do tipo asa-fuselagem. O algoritmo usa ponderadamente as características da densidade do escoamento à montante ("upwind bias"), também conhecido como esquema de densidade artificial, para estabilidade em regiões de escoamento supersônico. Um gerador de malha algébrico foi desenvolvido para fornecer malhas do tipo O-H para o código aerodinâmico. O gerador permite controle de suavização dos pontos interiores da malha e ajuste do posicionamento da esteira. Uma transformação numérica é usada para estabelecer uma malha de diferenças-finitas que se conforma ao corpo. Resultados de escoamentos para asas montadas entre paredes e com uma das fronteiras laterais em escoamento uniforme são comparados com outros resultados independentes.

No presente trabalho é feito um estudo do escoamento incompressível sobre corpos rombudos planos, através de modelos simples que descrevem os parâmetros importantes deste escoamento. Com base na equação da conservação da energia é desenvolvido um modelo para o escoamento médio na região de formação. O acoplamento deste modelo com a teoria da linha de corrente livre permite a determinação teórica dos coeficientes médios de arrasto e pressão na base de alguns corpos rombustos. Para generalizar os resultados acima, foi desenvolvido um método numérico para a solução do modelo da linha de corrente livre. Analisando-se o escoamento sobre um corpo rombudo com placa divisória ("splitter plate"), mostra-se a importancia do comprimento da região de formação na determinação teórica dos coeficientes médios de arrasto e pressão na base. Observa-se também, que o comprimento acima pode modelar, de uma forma indireta, a influência da forma da base dos obstáculos (parte do corpo imersa na esteira). Uma análise paramétrica dos dados experimentais de diversos corpos rombudos planos resultou em um novo número adimensional que descreve a similaridade entre as esteiras. Este parâmetro adimensional é utilizado na formulação de um método empírico para a correção de resultados experimentais, de modo a retirar os efeitos causados pela interferência das paredes de um túnel. Com a teoria da avenida de vórtices de von Karman ("Karman vortex street") e com o critério de estabilidade de Kronauer, determinam-se os parâmetros que caracterizam a esteira de diversos corpos rombudos, verificando-se boa concordância entre teoria e experiência.

Este trabalho descreve o ensaio aerodinâmico experimental de corpos rombudos constituídos por três modelos de ônibus construídos em madeira. Os ensaios tiveram como objetivo estudar experimentalmente a influência da inclinação da superfície frontal dos modelos sobre os coeficientes aerodinâmicos e sobre a distribuição de pressão nas diversa superfícies dos modelos. Uma mesa automobilística e medidores de pressão estática, e anemômetro de fio quente foram utilizados na medição. A visualização do escoamento na esteira foi conseguida com auxílios de fios de lã. Este trabalho consegui identificar algumas características que permitem o coeficiente de arrasto diminuir sem que os coeficientes de estabilidade do veículo fossem afetados.

A estabilidade aeroelastica de rotores de helicopteros e examinada atraves de um modelo de esteira dinamica generalizada acoplado a equacoes de movimento para uma pa rigida com restricoes elasticas. Uma analise simplificada, que produz caracteristicas fundamentais do movimento dinamico, e utilizada para simular o complexo comportamento de uma pa de rotor tipo hingeless. A flexibilidade do sistema de transmissao do passo coletivo e modelada atraves de uma mola em torcao na raiz da pa. Um conjunto de molas restritoras simulam a flexibilidade do cubo e da pa. A pa e rigida, com propriedades de massa e rigidez uniformes. O modelo de escoamento induzido dinamico generalizado, concebido para aplicacao em aeronaves de asas rotativas, esta baseado no potencial de aceleracao para o disco atuador. O fluxo induzido no disco do rotor e expresso em termos de um conjunto completo de harmonicos (atraves de series de Fourier azimutais, sendo capaz de lidar com problemas de controle envolvendo altos harmonicos) e funcoes radiais (polinomios que envolvem funcoes associadas de Legendre de primeira especie, adequados para capturar efeitos aerodinamicos tridimensionais). O escoamento e descrito por um sistema de equacoes diferenciais ordinarias de primeira ordem no dominio do tempo. A distribuicao de pressao no disco do rotor e expressa atraves de um somatorio de carregamentos discretos em cada pa, levando em consideracao o efeito do numero finito de pas e efeitos globais sobre o rotor, simultaneamente. O tratamento atraves do espaco de estados para o escoamento induzido permite uma analise padrao de autovalores para as equacoes dependentes do tempo estabelecidas apos perturbacoes que sao aplicadas em torno do equilibrio da pa e do estado estacionario do escoamento induzido.A analise permite variacao em precone, droop, controle de regidez em torcao e angulo de passo de pa. Resultados numericos para um rotor bipa sao comparados com previsoes teoricas e experimentais de um modelo de pa elastica. Resultados das analises estatica e dinamica mostram como a aerodinâmica nao-estacionaria de estados finitos se comporta na presenca de um modelo simples de pa rigida. Resultados onde a recirculacao esta presente sao melhorados para a soft pitch flexure. Resultados para a stiff pitch flexure mostram precisamente que uma aerodinâmica tridimensional, nao-estacionaria, tratada por meio de estados finitos na presenca de uma pa rigida, oferece melhores correlacoes que um modelo nao-linear de pa elastica combinado com uma aerodinâmica quase-estacionaria, bidimensional fornecida pela teoria da quantidade de movimento/elemento de pa. Resultados de estado estacionario capturam efeitos tridimensionais de perda de ponta e mostram uma boa concordancia com os resultados obtidos pelo modelo de uma pa elastica. Resultados de amortecimento para configuracoes incluindo precone e droop falham quando correlacionados com os demais presentes na literatura porque o modelo estrutural nao considera acoplamentos elasticos em flap, lead-lag e torcao.

O presente trabalho consiste no projeto (teórico) de um Simulador de Atitude com aplicação didática, que será utilizado no Laboratório de dinâmica de Sistemas da Divisão de Engenharia Mecânica-Aeronáutica do ITA. Este tipo de equipamento, por apresentar três graus de liberdade rotacionais com acoplamento dinâmico, pode ser utilizado em estudos de dinâmica da rotação, controle, identificação de sistemas e instrumentação. As principais etapas consideradas no desenvolvimento deste trabalho foram: estudo de transformações de posição e velocidade angulares entre referenciais girantes; modelamento dinâmico geral do sistema, via a formulação de Langrange e a de Euler; projeto mecânico-estrutural simplificado; controle, estratégias aplicáveis; simulação e analise do sistema (em malha aberta e malha fechada). O objetivo proposto foi atingido, pois se desenvolveu, nas etapas citadas, os principais passos do projeto do simulador.

Neste trabalho e proposta uma metodologia para a analiseaeroelastica de superficies sustentadoras bidimensionais utilizando tecnicas de dinamica dos fluidos computacional para o calculo do operador aerodinamico. O escoamento e modelado pelas equacoes de Euler em duas dimensoes, e resolvido utilizando-se um metodo devolumes finitos aplicado em um contexto de malhas nao-estruturadas. A marcha no tempo do sistema de equacoes semi-discretizadas e feita atraves de um metodo explicito do tipo Runge-Kutta hibrido de cinco passos. A malha computacional e obtida utilizando-se um esquema do tipo frente de geracao, com capacidade limitada de suavizacao e refinamento. Para a resolucao dos problemas nao-estacionarios, envolvendo o deslocamento do perfil, e utilizado um algoritmo de malha dinamica para a movimentacao dos pontos interiores ao dominio. O problema de estabilidade aeroelastica e resolvido utilizando-se uma formulacao por variaveis de estado, aplicada ao modelo classico de uma secao tipica. Os termos do operador aerodinamico sao determinados atraves da analise, no dominio da frequencia, da resposta do sistema a um deslocamento impulsivo no dominio do tempo. Sao feitas algumas experimentacoes numericas envolvendo escoamentos transonicos em torno de um perfil NACA 0012. Os resultados apresentam as potencialidades do codigo numerico, ressaltando a sua utilidade na analise das caracteristicas de escoamentos nao-estacionarios. A metodologia de analise aeroelastica e avaliadaem cada uma das suas etapas, demonstrando tambem as suas potencialidades. Por fim, sao discutidos estudos objetivando aimplementacao pratica das tecnicas aqui propostas.

No presente trabalho, o efeito da razão de bloqueio nos parâmetros (coeficiente de pressão na base, os coeficientes de arrasto, sustentação, e momento, comprimento da região de formação, numero de Strouhal e largura de esteira media no final da região deformação) do escoamento plano sobre corpos rombudos e analisado.Foram ensaiadas quatro geometrias diferentes (cunha, cilindro circular, placa plana e aerofólio NACA 0012), para três razoes de bloqueio a dois números de Reynolds cada. Os principais pontos contidos neste trabalho são: (i) Uma nova técnica experimental para o estudo da configuração da esteira próxima e apresentada. (ii) São verificadas relações empíricas apresentadas em outros trabalhos, para geometrias especificas, que mostraram-se independentes do bloqueio no intuito de verificar se as mesmas podem ter um caráter genérico. (iii) E apresentado um novo parâmetro que relaciona o comprimento da região de formação com o numero de Strouhal, em função da razão do bloqueio. (iv) O método para correção do efeito de bloqueio recentemente apresentado por Girardi e testado para as geometrias presentes. (v) Observou-se também que o bloqueio influi diretamente na estrutura da esteira próxima de um corpo rombudo, aparentemente modificando sua topologia.

O objetivo deste trabalho e o estudo experimental do escoamento sobre o modelo de um ônibus, de modo a tentar compreender sua configuração e influenciar as características de sua esteira. Um modelo de madeira com arestas vivas foi então construído e acoplado a uma placa plana, também construída de madeira. Esta, alem de servir como suporte, teve a função de simular as condições do solo durante os ensaios. Definimos esta placa plana como mesa automobilística. A partir deste modelo inicial, foram realiza das varias modificações, como arredondamentos destas arestas, para se verificar o comportamento do escoamento. A fixação de dispositivos defletores de escoamento em sua superfície, teve por objetivo estudar a influencia destes na formação da esteira. Tais modificações originaram vários modelos que foram ensaiados individualmente. Estes ensaios constituiram-se da distribuição depressão em torno dos modelos, da medição da forca de arrasto utilizando uma balança eletromecânica construída para esta finalidade, e do estudo da esteira que se forma na parte trasseira, utilizando-se anemometria de fio quente. O calculo do arrasto de base também foi realizado. Como técnica de visualização foram utilizados fios de lã fixados no modelo e na mesa automobilística, bem como de um dispositivo visualizador para a esteira. Com as modificações realizadas, o arredondamento das arestas da superfície frontal proporcionou uma efetiva redução do arrasto total, enquanto que a mais efetiva na diminuição do arrasto de base, foi a instalação de duas entradas de ar, uma em cada superfície lateral. Através de ensaios realizados, propomos uma configuração de escoamento para a esteira do modelo, formada por uma região de recirculação na parte inferior da superfície traseira, seguida do encontro, a uma distancia maior desta superfície, das camadas de cisalhamento livre provenientes das superfícies laterais do modelo.

Propulsores paralelos (strap-on boosters) são geralmente utilizados com a finalidade de obter uma maior capacidade de satelização em veículos lançadores de satélites. Devido aos vínculos geométricos e estruturais, os boosters são geralmente posicionados, simetricamente ou não, em torno de um corpo central (estágio principal). Após seu fim de queima, estes boosters são simultaneamente separados. Para assegurar uma separação limpa, a realização de várias simulações é necessária a fim de estabelecer os parâmetros ótimos para o evento. Como resultado das simulações obtém-se a energia necessária do sistema de separação, bem como as perturbações induzidas pelo sistema durante a ocorrência do evento. Critérios e requisitos de separação foram estabelecidos a fim de assegurar a ocorrência de uma separação limpa e, por outro lado, limitar as perturbações resultantes no estágio principal. O presente trabalho contém a formulação e solução das equações do movimento (6 GDL) que descrevem a posição e a atitude dos corpos (boosters e corpo central) e seus movimentos relativos em função do tempo; análise do comportamento dinâmico do estágio principal considerando a ocorrência do evento sob a influência de perturbações.