Dentre as competições nas quais estudantes são desafiados a construir protótipos com finalidades específicas, está a de fazer um veículo que transporte uma pessoa e percorrera a maior distância com um litro de combustível. Um dos fatores que contribuem para o consumo é a resistência aerodinâmica, assim prever seus efeitos é essencial para um bom projeto. Nesse contexto o presente trabalho teve por objetivo avaliar de forma numérica e experimental o escoamento ao redor de um veículo de milhagem e calcular os coeficientes aerodinâmicos de arrasto e sustentação dessas duas formas. Também foi estudada a sensibilidade desses coeficientes ao número de Reynolds e, no caso do teste virtual, aos modelos de turbulência. Através dos resultados de simulações verificou-se que a porção frontal do veículo é a maior responsável pelo arrasto e pela sustentação negativa. Os coeficientes de arrasto caíram com o aumento do número de Reynolds tanto nos ensaios virtuais quanto nos experimentais. Na comparação entre os modelos de turbulência, k-E e k-w em suas formas padrão foram os que mais destoaram em relação aos outros apresentando valores de CD maiores. Os resultados experimentais apresentaram a mesma tendência dos numéricos, e ficaram mais próximos do k- padrão, mas acredita-se que um ângulo de ataque negativo do modelo devido à montagem tenha provocado um aumento no CD obtido experimentalmente. Os valores dos coeficientes de sustentação baixaram com o número de Reynolds nos testes numéricos e aumentaram nos ensaios experimentais. Nas simulações observou-se que a alta velocidade entre as rodas dianteiras devido à pequena distância entre o veículo e o piso era responsável por boa parte da sustentação negativa. Por questões de montagem não foi possível repetir esse efeito solo de forma similar nos experimentos. Os resultados numéricos de visualização do escoamento apresentaram boa concordância com os experimentais. / Among the many competitions in which students are challenged to build up prototypes with specific purposes there, is one in which the goal is to design a car to carry one person and make it go as long as it can with one liter of fuel. One of the factors that contribute for fuel consumption is the aerodynamic resistance, so to predict its effects is essential for a good design. In this context, the present work had as goals the numerical and experimental evaluation of flow around a Supermileage vehicle and to calculate its drag and lift coefficients in these both ways. It was also studied the sensitivity of these forces to Reynolds number and, in the virtual case, to turbulence models. Thanks to simulation results it was verified that the front part of the model is responsible for great part of drag and negative lift. The drag coefficients fell with the increase of Reynolds number in both numerical and experimental tests. In a comparison of turbulence models comparison, k-E and k-w in their standard forms presented higher CD values than the other models. Experimental CD results showed the same tendency of numerical ones, and were closer to standard k-, although it was believed that a negative angle of attack due to experimental assembly issues has made for a higher experimental CD. Lift coefficients values fell with the increase of Reynolds number in virtual analysis and grew in experimental tests. In the simulations it was observed that the high velocity between the two front wheels, due to the short distance between the vehicle and the ground, is responsible for a large portion of the negative lift. Owing to assembly issues it was not possible to reproduce this ground effect on experimental tests. Flow visualization results presented good agreement between experimental and numerical testing.

Dentre as competições nas quais estudantes são desafiados a construir protótipos com finalidades específicas, está a de fazer um veículo que transporte uma pessoa e percorrera a maior distância com um litro de combustível. Um dos fatores que contribuem para o consumo é a resistência aerodinâmica, assim prever seus efeitos é essencial para um bom projeto. Nesse contexto o presente trabalho teve por objetivo avaliar de forma numérica e experimental o escoamento ao redor de um veículo de milhagem e calcular os coeficientes aerodinâmicos de arrasto e sustentação dessas duas formas. Também foi estudada a sensibilidade desses coeficientes ao número de Reynolds e, no caso do teste virtual, aos modelos de turbulência. Através dos resultados de simulações verificou-se que a porção frontal do veículo é a maior responsável pelo arrasto e pela sustentação negativa. Os coeficientes de arrasto caíram com o aumento do número de Reynolds tanto nos ensaios virtuais quanto nos experimentais. Na comparação entre os modelos de turbulência, k-E e k-w em suas formas padrão foram os que mais destoaram em relação aos outros apresentando valores de CD maiores. Os resultados experimentais apresentaram a mesma tendência dos numéricos, e ficaram mais próximos do k- padrão, mas acredita-se que um ângulo de ataque negativo do modelo devido à montagem tenha provocado um aumento no CD obtido experimentalmente. Os valores dos coeficientes de sustentação baixaram com o número de Reynolds nos testes numéricos e aumentaram nos ensaios experimentais. Nas simulações observou-se que a alta velocidade entre as rodas dianteiras devido à pequena distância entre o veículo e o piso era responsável por boa parte da sustentação negativa. Por questões de montagem não foi possível repetir esse efeito solo de forma similar nos experimentos. Os resultados numéricos de visualização do escoamento apresentaram boa concordância com os experimentais. / Among the many competitions in which students are challenged to build up prototypes with specific purposes there, is one in which the goal is to design a car to carry one person and make it go as long as it can with one liter of fuel. One of the factors that contribute for fuel consumption is the aerodynamic resistance, so to predict its effects is essential for a good design. In this context, the present work had as goals the numerical and experimental evaluation of flow around a Supermileage vehicle and to calculate its drag and lift coefficients in these both ways. It was also studied the sensitivity of these forces to Reynolds number and, in the virtual case, to turbulence models. Thanks to simulation results it was verified that the front part of the model is responsible for great part of drag and negative lift. The drag coefficients fell with the increase of Reynolds number in both numerical and experimental tests. In a comparison of turbulence models comparison, k-E and k-w in their standard forms presented higher CD values than the other models. Experimental CD results showed the same tendency of numerical ones, and were closer to standard k-, although it was believed that a negative angle of attack due to experimental assembly issues has made for a higher experimental CD. Lift coefficients values fell with the increase of Reynolds number in virtual analysis and grew in experimental tests. In the simulations it was observed that the high velocity between the two front wheels, due to the short distance between the vehicle and the ground, is responsible for a large portion of the negative lift. Owing to assembly issues it was not possible to reproduce this ground effect on experimental tests. Flow visualization results presented good agreement between experimental and numerical testing.

The first bypass turbofan engines came into operation in the early 1970s. The need for reductions in the fuel consumption affected aircraft noise positively through reductions in the jet noise. Over the past decades, the bypass ratio of turbofan engines has continuously increased and, as a result, aircraft engine noise has decreased to a level comparable to the noise originated from the turbulent flow around the airframe for take-off and landing conditions. Although aircraft have become quieter, the number of individuals affected by the aviation growth is likely to increase. Airframe noise has been currently identified as the ultimate aircraft noise barrier and many efforts devoted to its reductions have focused specifically on landing gears and high-lift devices, which are the most relevant noise contributors. Some devices have been designed to reduce flap noise, however, not all of them have been successfully tested in a detailed large-scale flap model due to their difficult implementation in real flap side-edges. This research investigates the relationship between the parameters of a large-scale flap model at 1.50×106 Reynolds number and the physics responsible for flap side-edge noise generation, one of the most dominant sources of the airframe noise. Experimental tests were conducted in a wind-tunnel and flow-field measurements were taken by a multi-hole pitot probe and an aerodynamic balance and complemented by phased microphone array techniques towards a deeper understanding of flap side-edge noise sources and their correlations to unsteady vorticity fluctuations. Conventional beamforming and CLEAN-SC and DAMAS deconvolution methodologies provided far-field acoustic spectra estimations and noise source mapping. The model used for the tests consists of an unswept isolated flap element with representative tip details present in conventional medium-range transport aircraft. The instrumentation includes 106 steady pressure taps distributed chord-wise and span-wise and a sand trip tape to transition the laminar boundary layer. Different side-edge devices were assessed towards airframe noise reductions. A perforated side-edge treatment was also applied to the flap side-edge. Results of aerodynamic and aeroacoustic tests conducted in the LAE-1 closed circuit wind tunnel with a closed test section at the São Carlos School of Engineering - University of São Paulo (EESC-USP) at up to 40 m/s flow speeds provided specific information on the aeroacoustic and aerodynamic characterization of the dominant acoustic source mechanisms of the flap model. / Os primeiros motores turbofan com razão de desvio entraram em operação no início dos anos 70. A necessidade de reduções no consumo de combustível afetou positivamente o ruído das aeronaves através de reduções no ruído do jato. Nas últimas décadas, a razão de desvio de motores turbofan aumentou continuamente e, como resultado, o ruído do motor da aeronave diminuiu para um nível comparável ao ruído originado do fluxo turbulento ao redor do airframe para as condições de decolagem e pouso. Embora as aeronaves tenham-se tornado mais silenciosas, é provável que o número de indivíduos afetados pelo crescimento da aviação aumente. Atualmente, o ruído de airframe tem sido identificado como a barreira máxima de ruído para aeronaves e muitos esforços dedicados à sua redução se concentraram especificamente no trem de pouso e dispositivos de alta sustentação, que são os contribuidores de ruído mais relevantes. Alguns dispositivos foram projetados para reduzir o ruído do flap, no entanto, nem todos deles foram testados com sucesso em um modelo detalhado de flap de grande escala, devido a sua difícil implementação nas bordas laterais do flap real. Esta pesquisa investiga a relação entre os parâmetros de um modelo de flap de grande escala com número de Reynolds de 1.50 × 106 e a física responsável pela geração de ruído na borda lateral do flap, uma das fontes mais dominantes do ruido de airframe. Testes experimentais foram realizados em um túnel de vento e as medidas do escoamento foram tomadas por uma sonda pitot de múltiplos furos e uma balança aerodinâmica e complementadas por técnicas de antenas de microfones para um entendimento mais profundo das fontes de ruído da ponta do flap e suas correlações com flutuações instáveis de vorticidade. O beamforming convencional e as metodologias de deconvolução CLEAN-SC e DAMAS forneceram estimativas de espectros acústicos de campo distante e mapeamento de fontes de ruído. O modelo usado para os testes consiste em um elemento de flap isolado, sem enflechamento, com detalhes de ponta representativos presentes em aeronaves convencionais de transporte de médio alcance. A instrumentação inclui 106 tomadas de pressão estacionárias distribuídas na corda e na envergadura e um trip de fita de areia para fazer a transição da camada limite laminar. Diferentes dispositivos de borda lateral foram avaliados em relação às reduções de ruído de airframe. Um tratamento perfurado de borda lateral também foi aplicado à borda lateral do flap. Os resultados dos testes aerodinâmicos e aeroacústicos realizados no túnel de vento de circuito fechado LAE-1, com seção de provas fechada na Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo (EESC-USP) com velocidade de fluxo de até 40 m/s forneceram informações específicas sobre a caracterização aeroacústica e aerodinâmica dos mecanismos dominantes de fonte acústica do modelo de flap.