Esse trabalho descreve uma investigação prática e teórica de características aerodinâmicas de um modelo referente a um avião bimotor leve \"Piper PA-34 SENECA III\" construído em escala 1:6,5. Basicamente, duas configurações fazem parte da avaliação: \"asa limpa\" e Nacele \"Pusher\". O principal objetivo é o de avaliar o comportamento aerodinâmico da configuração \"Pusher\" em três diferentes posições através da obtenção de dados práticos e teóricos de distribuição de pressão estática no aerofólio e no próprio nacele na condição não motorizada. A metodologia emprega testes em túnel de vento de baixa velocidade para a aquisição dos dados experimentais através da variação do ângulo de ataque para as configurações citadas. A obtenção dos dados numéricos, como comparativos aos experimentais, é através da utilização do método dos painéis aplicado à aerodinâmica. Os resultados experimentais e teóricos mostram que a presença do nacele nas posições \"Pusher\" avaliadas gera interferência diminuindo à sustentação do aerofólio. / This work describes a practical and theoretical investigation of aerodynamic characteristics of a 1:6,5 scale model of a light twin-engined Piper Seneca III aircraft. Basically, two configurations are considered in this evaluation: clean wing and pusher nacelle. The principal objective is to evaluate the aerodynamic characteristics of the pusher configuration in three different positions, in order to obtain practical and theoretical data with reference to static pressure distribution on the surface of the aerofoil and of the nacelle in a power-off condition. The methodology employed used low speed wind tunnel test for the acquisition of experimental data for a selection of angles of attach, as cited. The generation of numerical data, to be compared the experimental equivalent, is though the use of a low order panel method. The experimental and theoretical results show that the presence of pusher nacelle in the positions mentioned generated interference, reducing the local lift of the aerofoil.

De maneira geral, o mercado náutico brasileiro ainda é muito restrito, principalmente o de pequenas embarcações. Nos últimos anos, porém, devido a uma maior exposição na mídia dos bons resultados internacionais de velejadores e exploradores brasileiros, a vela tem se popularizado. Esta dissertação descreve o projeto de um veleiro de pequeno porte para esporte/lazer fabricado em polietileno linear de média densidade (PEMD) pelo método da rotomoldagem. Este método tem se difundido rapidamente no exterior para a fabricação de equipamentos náuticos de pequeno porte, como veleiros e caiaques, proporcionando redução de custos e vantagens ambientais relacionadas ao processo de construção. A embarcação projetada é voltada para uma tripulação de duas pessoas adultas (ou um adulto e duas crianças) e foi dimensionada para um fácil transporte, possibilitando carregá-la sobre o bagageiro de um automóvel. O foco deste trabalho está no projeto naval. Desta forma, foram percorridas todas as etapas pertinentes de um projeto de veleiro, desde o projeto do casco, passando pelo projeto do plano vélico, projeto dos apêndices (bolina e leme), análise estrutural do casco em elementos finitos e verificação de desempenho comparativo com um veleiro bem conhecido no ramo da vela. Destaca-se o projeto do plano vélico, no qual, de forma otimizada, se obteve um conjunto de velas (mestra e buja) de bom desempenho, sem, contudo, comprometer a estabilidade do veleiro. Uma análise econômica preliminar indicou a possibilidade de se fabricar o veleiro rotomoldado com custo reduzido, abaixo do preço de mercado de veleiros do mesmo porte disponíveis no mercado nacional. Complementarmente, verificou-se também a possibilidade de se utilizar material reciclado na construção da embarcação, o que, além de ser uma alternativa para diminuir custos, proporciona benefícios ambientais ao minimizar sobras de produção. / In a general way, the Brazilian nautical market is still very restricted, specially the one of small dinghies. In the last years, however, mainly due to a greater exposure on the media based on good international results of Brazilian sailors and explorers, sailing has being popularized. This Msc. Thesis describes the design of a small sail dinghy, for sport or leisure use, made with medium density linear polyethylene using the method of rotomolding. This method has been spreading rapidly worldwide as a process of fabrication of small nautical crafts like sailboats and kayaks, since it results in cost reductions and environmental gains related to the construction process. The designed sailboat is directed for a crew of two adults (or an adult and two children), and was dimensioned for an easy transport, even on the top of a car. This work is focused on the development of the naval design. Therefore, it goes through all the design steps of a sailboat, starting with the design of the hull, and then going through the design of the sails, appendices (rudder and dagger board), hull structural analysis by Finite Elements Method (FEM) and verification of performance of the sailboat in comparison with a well known sailing dinghy. It should be highlighted, also, the sails designing process, which, in an optimized way, generated a set of sails (main and jib) of good performance, without, however, jeopardizing the stability of the sailboat. Through a preliminary economical analysis, it was verified that it is possible to produce a rotomolded sailboat with reduced cost, even below the market prices of national sailboats of this size. As a complement, the possibility of employing recycled material in the construction of the boat has been studied. Besides being an alternative to diminish costs, it can bring environmental benefits, as it minimizes production scraps.

A crescente preocupação ambiental e a necessidade de se criar produtos mais eficientes têm impulsionado os pesquisadores a realizarem estudos acerca da aerodinâmica veicular. Estes dois fatores constituem os principais motivos, pelos quais existe uma grande procura por conhecimento nesta área. Esta ciência pode ser considerada relativamente nova e ainda carece de uma base de dados. Entender como a aerodinâmica se relaciona com o consumo de combustível nos automóveis, à medida que o arrasto impõe resistência ao deslocamento dos mesmos, é algo que tem estimulado as indústrias automotivas a investirem grandes esforços na obtenção de ferramentas, que possam representar as condições de tráfego normais e, assim conseguir prever o desempenho do produto em desenvolvimento. Os túneis de vento e a simulação computacional surgem neste ambiente como as principais ferramentas de análise e predição do escoamento ao redor do veículo. Por isso seu entendimento faz-se de extrema necessidade. Ter conhecimento sobre a concepção do seu projeto, como funcionam, seus pontos fortes e suas fraquezas, são requisitos necessários para a pessoa que deseja estudar esta ciência. O presente trabalho traz uma contextualização histórica da aerodinâmica veicular nas indústrias automotiva e automobilística, além de apresentar aspectos técnicos relacionados aos túneis de vento e simulação computacional. Abordando as vantagens e desvantagens de cada ferramenta, expõe-se o fato de que estas ferramentas são complementares no estudo aerodinâmico. Para exemplificar a utilização dessas ferramentas, foi realizado um estudo aerodinâmico sobre uma geometria básica, que representa com similaridade os veículos tipo hatchback, denominada Modelo SAE em ambiente computacional. Os conceitos acerca do arrasto veicular e estabilidade veicular foram expostos para embasar este estudo. Este modelo foi submetido a diferentes geometrias traseiras e condições de escoamento simétricas e assimétricas. Este estudo demonstrou que o arrasto e a estabilidade veicular compreendem conceitos distintos e, dessa forma, é possível diminuir o arrasto de um veículo sem haver perda de estabilidade. / The growing environmental concern and the necessity to create more efficient products have motivated researchers to conduct studies about the aerodynamic vehicle. These two aspects are the main reasons which are promoting a great demand for knowledge in this theme. This science may be considered relatively new and still lacks more databases. Understand how aerodynamics is related to automobiles fuel consumption such as drag resistance imposed to their displacement, is something that has made the automotive industries invest considerable effort in obtaining tools which may represent the normal traffic conditions and thus, able to predict the performance of the product in development stage. The wind tunnels and computer simulations appear in this environment as the main tools for analysis and prediction of the flow around vehicle. The understanding about them is so of utmost necessity. Knowing how it was designed, how they work, their strengths and weaknesses are essential requirements for the person who wants to study this science. This material presents a historical development of vehicle aerodynamics in automotive and motor-racing industries, indeed technical aspects related to wind tunnels and computational fluid dynamics. Exposing the advantages and disadvantages of both tools, it is evidenced these tools complement each other during an aerodynamic study. To exemplify these tools utility an aerodynamic research was conducted using a basic form geometry known as SAE Model that represents with similarity the hatchback vehicles in the market. Drag and vehicle stability concepts were exposed to build a solid basis for this study. This model was submitted to different rear geometries, symmetric and asymmetric flow conditions. It could be demonstrated that drag and vehicle stability have distinct concepts and therefore it is possible diminish the first without damaging the later.

Esse trabalho trata da análise computacional de problemas aeroelásticos. Os casos de interesse envolvem escoamentos compressíveis em torno de estruturas de cascas de materiais compósitos laminados. A solução do problema de interação fluido- estrutura é conduzida por meio do esquema particionado denominado improved serial staggered procedure (ISS), o que permite a utilização de algoritmos independentes para a análise de cada componente do sistema. Um elemento triangular plano com três nós destinado à análise de cascas de materiais compósitos laminados é obtido com base na formulação de dois elementos de alta performance desenvolvidos para a análise de membranas e de placas. A flexibilidade ao corte transversal, a ausência de travamento por razão de aspecto em problemas com flexão no plano da casca são características do elemento. A análise dinâmica não linear é realizada através do procedimento corrotacional de conservação aproximada de energia (AECCP) que foi implementado com base na formulação corrotacional independente de elemento (element independent CR formulation – EICR). Essa abordagem permite que problemas transientes com grandes rotações e forte não linearidade geométrica sejam integrados por longos períodos de tempo, mantendo a estabilidade, a precisão e a eficiência da solução. A simulação do escoamento é realizada através do método explícito de Taylor-Galerkin de dois passos utilizando elementos finitos tetraédricos em malhas não estruturadas para a discretização espacial. As equações governantes do escoamento são dadas segundo a formulação lagrangeana-euleriana arbitrária (ALE), permitindo que malhas móveis sejam empregadas na análise dos problemas aeroelásticos. Um método simples e eficiente é adotado para a movimentação da malha do fluido com base na distância do nó às superfícies de contorno do escoamento. A utilização de malhas não coincidentes na discretização do fluido e da estrutura é possibilitada pelo emprego do esquema de projeção nodal para a transferência de informações entre os meios na região de interface. A apresentação, implementação e verificação de cada componente da ferramenta de análise é realizada independentemente graças à natureza do esquema de solução particionado. Por fim são analisados problemas de interação fluido-estrutura, onde as respostas obtidas são comparadas com resultados experimentais e numéricos de outros autores. Também são propostos e analisados novos problemas envolvendo estruturas de compósitos laminados. / This work deals with computational analysis of aeroelastic problems, specifically those related to compressible flows around laminated composite shell structures. The fluid- structure problem is solved by a partitioned scheme called improved serial staggered procedure (ISS), allowing to use independent algorithms for the analysis of each system component. A 3-node triangular flat element for laminated composite shells is obtained based on the formulation of two high performance plate and membrane elements. Shear flexibility and no aspect ratio locking on in-plane bending problems are some of the element characteristics. The nonlinear dynamic analysis is performed using the approximately energy conserving corotational procedure (AECCP), which is implemented based on the element independent corotational formulation (EICR). This approach enables long time transient problems with strong nonlinearities and large rotations to be efficiently solved while keeping stability and accuracy. The flow simulation is performed by the explicit two step Taylor-Galerkin method employing tetrahedral finite elements in unstructured meshes for the space discrezation. The flow governing equations are given in arbitrary lagrangian-eulerian formulation, enabling aeroelastic simulations with moving meshes. A simple and efficient method is adopted to move the fluid mesh based on the distance of each node to the boundary surfaces. Transference of information between non-matching fluid and structure meshes are performed by the node-projection scheme. Each component of the aeroelastic analysis tool is independently presented, implemented and verified due to the partitioned nature of the scheme adopted for the solution of the coupled system. Some aeroelastic problems are analyzed and results are compared to other experimental and numerical works. New problems of aeroelastic analysis of laminated composite structures are proposed and solved.

Os recentes desenvolvimentos na tecnologia de sistema aeronáutico de geometria variável têm sido motivados principalmente pela necessidade de melhorar o desempenho de aeronaves. O conceito de Morphing Aircraft, por meio da variação da linha de arqueamento, representa uma alternativa para sistemas aeronáuticos mais eficientes. No entanto, para aeronaves de alto desempenho, projetos com estes novos conceitos podem gerar reações aeroelásticas adversas, o que representa uma questão importante e pode vir a limitar esses novos projetos. A compreensão adequada do comportamento aeroelástico devido à variação da linha de arqueamento, particularmente em regimes transônico, compreende uma questão importante. Este trabalho consiste num estudo preliminar das consequências aeroelásticas de um sistema aeronáutico de geometria variável. O objetivo desse trabalho é explorar as repostas aeroelásticas transônicas de um aerofólio com arqueamento variável no tempo. A metodologia para análise aeroelástica é baseada num modelo de seção típica. A integração no tempo do sistema aeroelástico é obtida pelo método de Runge-Kutta de quarta ordem. A representação do escoamento transônico não estacionário foi computada por um código CFD em um contexto de malhas não estruturadas com uma formulação dada pelas equações de Euler-2D. Esses resultados preliminares podem fornecer aos projetistas informações importantes sobre as respostas aeroelásticas de um sistema aeronáutico com variação da linha de arqueamento, permitindo estabelecer um quadro adequado para futuras investigações de controle aeroelástico de sistema aeronáutico de geometria variável. / Recent developments on aircraft variable geometry technologies have been mainly motivated by the need for improving the flight performance. The morphing wing concept, by means of variable camber, represents an alternative towards more efficient lifting surfaces. However, for higher performance aircraft, this technology may lead to designs that create unsteady loads, which may result in adverse aeroelastic responses, which represents an important and limiting issue. Proper understanding of the aeroelastic behavior, particularly in transonic flight regimes, due to variations in camber comprises an important matter. This work is a primary study of aeroelastic consequences of an real-time adaptive aircraft. The objective of this work is to investigate prescribed variations to airfoil camberline and their influence to the aeroelastic response in transonic flight regime. The methodology is based on computational simulations of typical section with unsteady transonic aerodynamics solved with a Computational Fluid Dynamics (CFD) code. The time integration of the aeroelastic system is obtained by Runge-Kutta fourth order. The unsteady transonic flow was computed by a CFD code based on the 2D-Euler equations with unstructured mesh. Prescribed camber variation of a symmetrical airfoil is transferred to the CFD mesh, and aeroelastic responses and loading is assessed. These preliminary results may provide the designers valuable information on the interaction between changes in camber during airfoil aeroelastic reactions, allowing establishing an adequate framework for further aeroelastic control investigations of morphing wings.

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 características arquitetônicas e o desempenho estrutural de pontes suspensas, estaiadas ou pênseis, têm determinado a sua crescente utilização em obras de arte destinadas a vencer grandes vãos. Essa utilização crescente que ocorreu no mundo nas últimas décadas se repete agora nos últimos anos no país. Várias dessas obras estão em execução e em projeto. Um dos aspectos relevantes na análise estrutural das pontes suspensas é o de seu comportamento quando submetidas à ação do vento. Apresenta-se o sistema computacional ANA-PSp desenvolvido especialmente para o estudo do movimento de tabuleiros de pontes suspensas sujeitas a esforços aeroelásticos e aerodinâmicos. Esse sistema computacional formado por um conjunto de subsistemas, é elaborado para a análise aeroelástica de pontes suspensas sob a ação de vento e permite análises paramétricas extensas dos fenômenos de drapejamento (flutter) e de martelamento (buffeting). A discretização da estrutura é efetuada pelo método dos elementos finitos e a redução dos graus de liberdade é realizada por superposição modal com modos selecionados que melhor descrevem os movimentos do tabuleiro. Utiliza-se modelo matemático reduzido para a análise multimodal no domínio do tempo e da freqüência. A velocidade crítica ou velocidade de drapejamento é determinada por procedimento de autovalores complexos com a obtenção de freqüências e taxas de amortecimentos modais para várias velocidades do vento. Adicionalmente, o fenômeno do drapejamento é estudado por séries temporais de respostas de coordenadas generalizadas e de deslocamentos selecionados e por análise espectral dessas séries temporais, que permitem a verificação das características de vibração do tabuleiro da ponte no domínio da freqüência. O estudo do fenômeno de martelamento considera esforços aeroelásticos determinísticos e esforços aerodinâmicos estocásticos e apresentam-se resultados em espectros de potência de deslocamentos e em desvios padrão de deslocamentos ao longo do tabuleiro. Para validar o sistema ANA-PSp, apresentam-se estudos de caso para a ponte estaiada da Normandia, para a ponte pênsil colapsada de Tacoma Narrows e para a ponte estaiada projetada, mas não executada, sobre o Rio Tietê e localizada na extremidade do complexo viário Jacu-Pêssego. / The architectonic characteristics and the structural performance of suspension bridges and cable-stayed bridges have determined their growing use on large span bridges. This growing usage, which has occurred world-wide during the last decades, is now being repeated in Brazil during the last few years. Several such bridges are presently either undergoing construction or being designed. One of the outstanding aspects in the structural analysis of suspension bridges is their behavior under wind action. This paper presents the computer system ANA-PSp, specially developed for studying the movement of suspended bridge decks under aeroelastic and aerodynamic forces. This computer system is formed by a group of subsystems and is created for aeroelastic analysis of suspended bridges under wind action. It allows extended parametric analyses of the flutter and the buffeting phenomena. Structural discretization is done by the finite element method and the reduction of degrees of freedom is obtained by modal superposition of the selected modes which best describe the deck movements. A reduced mathematical model is used for the multimodal analysis in the time and frequency domains. Critical velocity or flutter velocity is determined by a procedure of complex eigenvalues which obtains frequencies and damping ratios for different wind speeds. Additionally, the flutter phenomenon is studied by temporal series of answers to generalized coordinate responses and of selected displacements by spectral analysis of such temporal series, which allow us to verify the characteristics of the vibrations of the bridge deck in the frequency domain. The study of the buffeting phenomenon considers deterministic aeroelastic and stochastic aerodynamic forces. The paper presents results in displacement power spectra and in the standard deviation of displacements along the deck. In order to validate system ANA-PSp, case studies are presented for the cable-stayed Ponte de Normandie in Le Havre (France), for the collapsed suspension bridge on Tacoma Narrows and for the cable-stayed bridge, already designed but not built, on Tietê River, located at one end of the highway complex Jacu-Pêssego (São Paulo, SP, Brazil).

Há a necessidade de prevenir formação de gelo nas asas e nos estabilizadores de aeronaves, pois as formas de gelo podem causar a degradação do desempenho aerodinâmico, o aumento de peso, bem como dificuldades de controle e manobra que, em casos críticos, leva a uma diminuição da margem de segurança operacional. Quando as aeronaves atravessam nuvens com gotículas de água sub-resfriadas, ou seja, em equilíbrio metaestável, o crescimento de gelo ocorre nas superfícies não protegidas. Usualmente, os sistemas antigelo térmicos de aerofólios são projetados, desenvolvidos e certificados com o auxílio de programas de simulação numérica. O presente trabalho visa desenvolver e implementar um modelo matemático para prever a transferência de calor e massa no escoamento bidimensional bifásico em torno de aerofólios de uso aeronáuticos, equipados com sistema de antigelo térmico operando em regime permanente. Em condições de formação de gelo, é necessário aquecer o bordo de ataque e controlar a temperatura da região protegida para que não ocorra formação de gelo. O sistema de aquecimento compensa os efeitos do resfriamento imposto principalmente pelos mecanismos acoplados de evaporação e transferência de calor por convecção, que são causados pelo escoamento do ar carregado de gotículas sub-resfriadas e pelo escoamento da água líquida residual. O modelo deverá estimar a distribuição de temperaturas de superfície e o coeficiente de transferência de calor com precisão ao uso em aplicações aeronáuticas. O presente trabalho implementou novos submodelos para: 1) estimar a molhabilidade da superfície do aerofólio por meio de um modelo matemático para caracterizar o escoamento da água líquida residual na padrão de filme e de filetes; 2) avaliar o comportamento dinâmico e térmico da camada-limite laminar e turbulenta por meio de análises integral e diferencial, que considera efeitos do gradiente de pressão, da transição laminar-turbulenta, da transpiração e da não uniformidade de temperatura da superfície e 3) estimar o início e o término da região de transição laminar-turbulenta. O presente trabalho seguiu um processo de desenvolvimento de código numérico que: verificou os resultados de cada submodelo separadamente para depois implementados no modelo do antigelo; validou os resultados da simulação de desempenho do sistema antigelo com os novos submodelos implementados. Os resultados obtidos foram considerados satisfatórios para o modelo do antigelo que utilizou os submodelos de ruptura de filme e formação de filetes pelo critério da Energia Mecânica Total Mínima, de camada-limite diferencial compressível e de previsão da transição laminar-turbulenta por correlações algébricas, que consideraram efeitos do gradiente de pressão e do nível de turbulência ao longe. / It is required to prevent ice accretion on wings and horizontal stabilizers because it may cause aerodynamic performance degradation, weight increase, flight control difficulties and, in critical cases, may lead to operational safety margins reduction. When aircraft flies through clouds containnig supercooled water droplets, which are in metastable equilibrium, ice will form in all non-protected surfaces. Usually, anti-ice protection systems are designed, developed and certified with a support from a numerical tool. The present describes the development and implementation of a mathematical model for prediction of heat and mass transfer in two-phase flow around airfoils, which are equipped with thermal anti-ice system and operating in steady state regime. Under icing conditions, it is necessary to heat and control the temperature of the airfoil surface at leading edge region to prevent ice formation. The heating system balances the evaporative cooling effects, which are caused by the coupled heat and mass convection transfer, imposed by the air flow loaded with supercooled water droplets and the runback water flow around the airfoil. The present work implemented submodels to: 1) estimate airfoil surface wetness factor by adopting a liquid water film flow model as well as a rivulet formation and flow model; 2) evaluate laminar and turbulent boundary layers with pressure gradient and laminar-turbulent transition over nonisothermal and permeable airfoil surface by implementing differential boundary layer analysis and 3) predict the onset position and length of laminar-turbulent transition region. The present paper followed a validation and verification process during the numerical code development. All sub-models results were verified separately against experimental data before their inclusion in anti-ice model.The results of anti-ice model with selected submodels were validated against reference cases. The results were considered suficiently accurate when solving the film breakdown and rivulets formation by total mechanical energy method, compressible boundary layer by differential analysis and laminar-turbulent transition prediction by algebraic correlations, which considered pressure gradient and freestream turbulence level.

This report concerns the research, design, implementation and application of an airfoil trailing-edge noise prediction tool in the development of new, quieter airfoil for large-size wind turbine application. The tool is aimed at enabling comparative acoustic performance assessment of airfoils during the early development cycle of new blades and rotors for wind turbine applications. The ultimate goal is to enable the development of quieter wind turbines by the Wind Energy Industry. The task was accomplished by developing software that is simultaneously suitable for comparative design, computationally efficient and user-friendly. The tool was integrated into a state-of-the-art wind turbine design and analysis code that may be downloaded from the web, in compiled or source code form, under general public licensing, at no charge. During the development, an extensive review of the existing airfoil trailing-edge noise prediction models was accomplished, and the semi-empirical BPM model was selected and modified to cope with generic airfoil geometry. The intrinsic accuracy of the original noise prediction model was evaluated as well as its sensitivity to the turbulence length scale parameter, with restrictions imposed accordingly. The criterion allowed comparison of performance of both CFD-RANS and a hybrid solver (XFLR5) on the calculation of the turbulent boundary layer data, with the eventual adjustment and selection of the latter. After all the elements for assembling the method had been selected and the code specified, a collaboration project was made effective between Poli-USP and TU-Berlin, which allowed the seamless coupling of the new airfoil TE noise module, \"PNoise\", to the popular wind turbine design/analysis integrated environment, \"QBlade\". After implementation, the code calculation routines were thoroughly verified and then used in the development of a family of \"silent profiles\" with good relative acoustic and aerodynamic performance. The sample airfoil development study closed the initial design cycle of the new tool and illustrated its ability to fulfill the originally intended purpose of enabling the design of new, quieter blades and rotors for the advancement of the Wind Energy Industry with limited environmental footprint. / Este trabalho descreve a pesquisa de elementos iniciais, o projeto, a implantação e a aplicação de uma ferramenta de predição de ruído de bordo de fuga, no desenvolvimento de aerofólios mais silenciosos para turbinas eólicas de grande porte. O objetivo imediato da ferramenta é permitir a comparação de desempenho acústico relativo entre aerofólios no início do ciclo de projeto de novas pás e rotores de turbinas eólicas. O objetivo mais amplo é possibilitar o projeto de turbinas eólicas mais silenciosas, mas de desempenho aerodinâmico preservado, pela indústria da Energia Eólica. A consecução desses objetivos demandou o desenvolvimento de uma ferramenta que reunisse, simultaneamente, resolução comparativa, eficiência computacional e interface amigável, devido à natureza iterativa do projeto preliminar de um novo rotor. A ferramenta foi integrada a um ambiente avançado de projeto e análise de turbinas eólicas, de código aberto, que pode ser livremente baixado na Web. Durante a pesquisa foi realizada uma ampla revisão dos modelos existentes para predição de ruído de bordo de fuga, com a seleção do modelo semi-empírico BPM, que foi modificado para lidar com geometrias genéricas. A precisão intrínseca do modelo original foi avaliada, assim como sua sensibilidade ao parâmetro de escala de turbulência transversal, com restrições sendo impostas a esse parâmetro em decorrência da análise. Esse critério permitiu a comparação de resultados de cálculo provenientes de método CFD-RANS e de método híbrido (XFLR5) de solução da camada limite turbulenta, com a escolha do último. Após a seleção de todos os elementos do método e especificação do código, uma parceria foi estabelecida entre a Poli-USP e a TU-Berlin, que permitiu a adição de um novo módulo de ruído de bordo de fuga, denominado \"PNoise\", ao ambiente de projeto e análise integrado de turbinas eólicas \"QBlade\". Após a adição, as rotinas de cálculo foram criteriosamente verificadas e, em seguida, aplicadas ao desenvolvimento de aerofólios mais silenciosos, com bons resultados acústicos e aerodinâmicos relativos a uma geometria de referência. Esse desenvolvimento ilustrou a capacidade da ferramenta de cumprir a missão para a qual foi inicialmente projetada, qual seja, permitir à Indústria desenvolver pás mais silenciosas que irão colaborar com o avanço da energia eólica através da limitação do seu impacto ambiental.

Orientador: Douglas Domingues Bueno / Resumo: Os fenômenos associados aos sistemas aeroelásticos definem uma importante classe de problemas envolvida no projeto de aeronaves. Algumas análises podem ser realizadas utilizando a formulação no domínio da frequência, porém, para alguns problemas específicos a análise no domínio do tempo mostra-se mais conveniente, especialmente para projeto de controladores e inclusão de não linearidades. Em particular, forças aerodinâmicas não estacionárias são tipicamente obtidas no domínio da frequência reduzida. Tais formulações não permitem de maneira direta, através de uma transformada inversa, obter modelos matemáticos no domínio do tempo e, portanto, é necessário o uso de um método de aproximação, como o de Roger-Abel. No entanto, uso deste método de aproximação apresenta algumas lacunas com relação ao significado físico e escolha dos parâmetros de atraso. Desta forma, o presente texto explora a influência dos estados de atraso demonstrando que é responsável pela correção da fase entre o movimento e as forças aerodinâmicas resultantes e, também, propõe uma forma de avaliação da qualidade da aproximação obtida. A partir da aproximação das cargas aerodinâmicas se obtém o modelo matemático do sistema aeroelástico, e através de simulações numéricas computacionais, tem-se a resposta do sistema aeroelástico no domínio do tempo devido à cargas de rajada $1-cosseno$. A partir da análise da resposta à rajada é possível avaliar condições em que a rajada se apresenta de maneira mais crítica para... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The phenomena associated with the aeroelastic systems define an important class of problems involved in aircraft design. Some analyzes may be performed in the frequency domain, however, for some specific problems time domain analysis is more convenient, especially for controller design and the inclusion of nonlinearities. In particular, non-stationary aerodynamic forces are typically obtained in the reduced frequency domain. Such formulations do not allow, by means of an inverse transform, to obtain mathematical models in the time domain, and therefore it is necessary to use an approximation method, such as that of Roger-Abel. However, the use of this approximation method presents some gaps with respect to the physical meaning and choice of lag parameters. In this way, the present text explores the influence of the lag states demonstrating that it is responsible for the correction of the phase between the movement and the resulting aerodynamic forces and also proposes a method to evaluate the quality of the approximation achieved. From the approximation of the aerodynamic loads the mathematical model of the aeroelastic system is obtained, and through computational numerical simulations, has the response of the aeroelastic system in the time domain due to the 1-cosine gust load. From the analysis of the response to the gust, it is possible to evaluate conditions in which the gust is presented in a more critical way for the study system. / Mestre