A recurring problem in high-order simulation of compressible flows is the appearance of spurious oscillations near regions which display abrupt changes of flow properties such as shock waves. If the amplitude of these oscillations is sufficiently high, this phenomenon, known as Gibbs phenomenon, can lead simulation to diverging due to the appearance of non-physical states (negative pressure or density, for example). Among the techniques available to address this problem, it is highlighted the use of limiters. Such methodology was taken to the high-order context by inheriting from Finite Volume methods and tend to be of easier implementation when compared with other possibilities. However, classical limiters have the disadvantage of reducing the local accuracy order to first order even when applied to smooth regions. This thesis proposes itself to study the ENO(Essentially Non-Oscillatory)-based limiting procedure first proposed by Qiu and Shu in 2003. Such schemes have the property of maintain the high-order accuracy on smooth regions while still providing sharp shock transitions. As part of this work, such limiter was implemented in a computer code based on the Discontinuous Galerkin (DG) methodology in order to simulate the gas dynamics Euler equations in two dimensions on unstructured triangular meshes. Tests and simulations were then performed in order to demonstrate that the capacities proposed.

O uso de ensaios se faz necessário ao se entrar em regiões pouco exploradas pela teoria como uma importante ferramenta para sua validação. Ensaios aeroelásticos em túnel de vento, utilizando modelos em escala, podem ser realizados com o objetivo de se verificar os métodos analíticos, necessitando de um modelo que represente qualitativamente o problema ou, em um caso mais complexo, verificar o comportamento de uma aeronave real, sendo necessário um modelo representativo dessa, que necessariamente deverá receber ensaios que demonstrem, estática e dinamicamente, sua fidelidade à estrutura real. Neste trabalho, de posse de dados experimentais referentes a ensaios em túnel de vento previamente realizados, foi elaborada uma rotina de identificação modal, com a qual foi realizada a análise dos dados de ensaio supracitados. Utilizando-se modelos teóricos de uma aeronave em escala, foi também realizada uma comparação teórico-experimental, no intuito de se verificar a qualidade dos resultados teóricos obtidos. Foi também realizado um estudo de leis de similaridade aeroelásticas, com o qual se pode fazer a correlação entre o comportamento aeroelástico entre o modelos aeroelásticos em escala reduzida e uma aeronave real.

A estabilidade aeroelástica de asa cantilever é investigada no regime subsônico de escoamento. Esta configuração foi escolhida por ser largamente utilizada em ensaios em túneis de vento, com uma grande quantidade de resultados experimentais disponível para comparações. A investigação se baseia em modelos matemáticos, com o método clássico de elementos finitos para a representação estrutural, e o método doublet-lattice e a teoria das faixas para o cálculo das cargas aerodinâmicas não-estacionárias. A fim de desacoplar os graus de liberdade estruturais emprega-se uma transformação modal convencional, e as cargas aerodinâmicas instacionárias são obtidas diretamente na base modal. Os modelos estrutural e aerodinâmico são agrupados nas equações de moviemnto generalizadas, as quais representam um problema de autovalor que é resolvido utilizando os métodos k e p-k. os resultados obtidos são discutidos em termos da precisão e da conveniência dos métodos.

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.

O objetivo deste trabalho é o estudo da esteira formada atrás de um modelo de ônibus, devido à variação da superfície frontal do modelo. Desta maneira, deseja-se verificar as influências que esta provoca no veículo, principalmente na região do escoamento na traseira do mesmo. A primeira parte deste trabalho teve como objetivo a determinação experimental dos coeficientes de arrasto, força lateral e momento de guinada de um modelo de ônibus cuja, parte frontal podia ser modificada. Os ensaios foram realizados para ângulos de guinada no intervalo de -15 e 12 utilizando para estes ensaios de uma balança de 3 componentes especialmente projetada para obter os esforços aerodinâmicos. Foram testadas cinco diferentes configurações de maneira a se determinar a influência das inclinações das superfícies lateral e superior. Os resultados são apresentados na forma de coeficientes aerodinâmicos em função do ângulo de guinada. Observou-se uma variação acentuada do CD com as alterações na parte frontal do veículo, porém os coeficientes de momento de guinada e de força lateral tiveram apenas pequenas modificações. Na segunda parte foram realizados os mapeamentos dos campos de velocidade média e de flutuação (valor RMS), utilizando-se um anemômetro de fio quente conectado a um sistema de posicionamento de 3 eixos. Este mapeamento foi realizado para diferentes valores do ângulo de guinada, de maneira a se obter as variações que ocorrem na esteira. Por fim, foi realizado um estudo do impacto causado pela instalação de elementos de interferência na base do modelo. Medidas de pressão na base também foram realizadas com o objetivo de se correlacionar as mudanças na esteira com alteração na distribuição de pressão na base do modelo quando fixadas as placas divisórias.

Este trabalho analisa a estabilidade em "flutter" de pás de rotores de helicóptero em vôo pairado. Inicialmente, descrevem-se as fontes de acoplamento dos vários modos de vibração da pá de um helicóptero e as possíveis instabilidades advindas destes acoplamentos. A teoria correspondente à instabilidade em "flutter", resultante do deslocamento do centro-de-massa do elemento-de-pá em relação ao eixo de mudança-de-passo, é apresentada em detalhes para os casos de uma pá rígida e flexível de um helicóptero em vôo pairado e com excentricidade de batimento. As equações de movimento acopladas de ambos os casos são implementadas computacionalmente e os resultados numéricos das fronteiras de estabilidade em divergência e "flutter", obtidos para o caso da pá rígida, e dos diagramas de freqüência e de razão-de-amortecimento, obtidos em função do centro-de-massa equivalente para os casos da pá rígida e flexível, são comparados com os dados apresentados nos relatórios de homologação de uma aeronave recentemente certificada pelo Instituto de Fomento e Coordenação Industrial do Centro Técnico Aeroespacial.

The main objective of the present research work consists of studying turbulent flows over typical aerospace configurations. In order to accomplish such goal, a numerical tool to simulate 3-D compressible flows is validated and improved. A finite difference method for structured grids, written for general curvilinear coordinates, is used. A centred spatial discretisation, which requires explicit addition of artificial dissipation terms, is chosen, and the time marching procedure is explicit. In the validation process, comparative analysis of systematic mesh refinement and grid topology is considered. Subsequently, adequate turbulence models for the applications of interest are implemented. This implementation must be carefully performed in order to robustly and consistently include the turbulence model subroutines into the numerical code. Convergence acceleration techniques such as multigrid and implicit residual smoothing are required in order to avoid the slower convergence rates associated with the more refined and stretched grids that are necessary for turbulent simulations. The validation of these new implementations, for the applications of interest, is done by comparison of numerical results with experimental or theoretical data. Thereafter, flows about the VLS central body configuration are simulated in order to obtain aerodynamic results necessary for the development phase of the vehicle. In general, good agreement between numerical and experimental results are obtained within engineering error margins. Some limitations of the turbulence models could be observed. These limitations could be addressed with a careful study of the numerical results and previous knowledge of the capabilities of these models. Nevertheless, the conclusions that could be drawn are very positive for this initial effort on advanced turbulence modelling, and these conclusions are important for future development of the numerical code.

O objetivo deste trabalho é aplicar e testar um procedimento para determinar um conjunto de parâmetros de projeto de uma aeronave de transporte concebida para vôo subsônico, otimizados com relação a um dado critério de desempenho. A fase de projeto conceitual é, em muitos casos, realizada essencialmente de forma "manual" e a qualidade da configuração resultante depende, de maneira acentuada, da experiência da equipe de projeto. É proposto um procedimento de otimização que auxilie a equipe de projeto a obter a melhor configuração através da minimização de uma combinação linear de medidas de desempenho da aeronave associadas á etapa origem-destino dentro de uma missão típica. Paraisso, foram selecionados e implementados modelos para estimar o desempenho da aeronave. Os modelos de desempenho com dois graus de liberdade, empregados para simular as fases de subida, cruzeiro e descida, foram utilizados para determinar o consumo de combustível e o tempo gasto para realizar uma missão típica. Modelos empíricos, utilizados para calcular os comprimentos de pista de decolagem e de pouso, foram considerados como vínculos de otimização. Visando a calcular o arrasto da aeronave com precisão, um modelo detalhado foi escolhido devido à sua capacidade de lidar com variações de parâmetros geométricos e aerodinâmicos. Métodos empíricos são urilizados a fim de corrigir o peso vazio da aeronave devido à mudanças nas variáveis de projeto. Os seguintes perâmetros relacionados à asa foram selecionados como variáveis de decisão no processo de otimização: área, alongamento, afilamento, espessura relativa e ângulo de enflechamento. Um fator de escala foi usado como variável de projeto a fim de levar em conta mudanças de tração máxima do motor. O problema de otimização matemática resultante é resolvido por um código comercial que utiliza um método gradiente. Os resultados apresentados evidenciam uma redução apreciável da função objetivo através da otimização dos parâmetros de projeto e trajetória. Além disso, são apresentadas algumas comparações entre configurações óptimas obtidas utilizando diferentes critérios.

Este trabalho apresenta métodos para simulação de escoamentos a altos números de Mach utilizando diversos esquemas de discretização espacial. Dentre estes esquemas, considerou-se um esquema centrado e os esquemas de separação de vetores de fluxo de va Leer e de Liou. Os esquemas "upwind"foram implementados tanto em suas versões de primeira ordem quanto de segunda ordem de precisão espacial. As versões de segunda ordem de precisão estão baseadas numa abordagem "MUSCL", onde os estados à direita e à esquerda são reconstruídos linearmente e afetados por um limitador. O trabalho também discute uma técnica de geração de malhas não estruturadas bidimensionais, baseada no método de avanço de frente de geração. A malha é gerada através da introdução automática de pontos de domínio computacional. Utilizam-se termos fonte locais, que auxiliam na concentração de pontos em regiões específicas de domínio. Foram implementadas algumas técnicas de melhoramento de malha, tais como troca de diagonais e suavização. A metodologia de simulação de escoamento implementada utiliza ainda um procedimento de refinamento adaptativo, sendo que o processo de refinamento de triângulos usa um sensor baseado em propriedades físicas do escoamento. Os resultados foram obtidos através da simulação do escoamento em uma configuração típica de entrada de ar supersônica/hipersônica. Os diferentes esquemas de discretização espacial utilizados neste trabalho foram capazes de reproduzir adequadamente as características do escoamento.

As indústrias aeronáuticas cada vez mais utilizam materiais compósitos na estrutura primária das aeronaves, visando a redução do peso e redução no tempo de produção da mesma. A sociedade, representada pelas agências de homologação aeronáutica, exige níveis de segurança crescentes na atividade de transporte aéreo. A complexidade no cálculo das cargas dinâmicas para as diversas condições requeridas pelos regulamentos, devido a utilização de programas de computador capazes de considerar todas as variáveis envolvidas. Este trabalho apresenta uma metodologia para o cálculo da velocidade de instabilidade aeroelástica que utiliza uma formulação de elementos finitos, adequada aos materiais compósitos constituídos de múltiplas camadas ortotrópicas de dupla curvatura. As freqüências de vibração livre e os respectivos modos são determinados a partir da rigidez e da massa dos elementos. As forças aerodinâmicas são determinadas, no regime subsônico, utilizando a teoria do escoamento potencial não estacionário linear, artavés de algoritmos de alta precisão com as mais recentes formulações desenvolvidas. Os resultados numéricos, referentes a asas retangulares planas, São comparados com resultados experimentais. Adicionalmente são apresentados resultados numéricos para as asas retangulares constituída de laminado com orientação arbitrária.