O objetivo do trabalho é elaborar e validar um código computacional para a determinação da Polar de Arrasto classe 2 de aeronaves que produza resultados com a melhor aproximação possível com a realidade para a utilização durante a fase de ante-projeto. Utiliza-se da metodologia do Dr. Jan Roskam como fonte principal de informação porém, para se alcançar o objetivo proposto, também são utilizadas as metodologias provenientes do TsAGI - Rússia, do Dr. Egbert Torenbeek, do Dr. Sighard F. Hoerner e de artigos referentes ao assunto sempre que identificado deficiência na metodologia principal. A estrutura do código é desenvolvida em ambiente MATLAB e executa os cálculos da forma bottom-up, ou seja, analisando os efeitos aerodinâmicos, geométricos e ambientais no arrasto de todos os componentes da aeronave para posteriormente somar seus resultados e obter a polar de arrasto classe 2 da aeronave completa. A validação dos resultados obtidos para quatro aeronaves EMBRAER revelou, de uma forma geral, diferenças em relação à realidade inferiores a 7% nos valores de arrasto total, um bom valor para a fase de ante-projeto, demonstrando que o código computacional desenvolvido é uma útil contribuição para situações que requerem estimativas rápidas e confiáveis do arrasto de aeronaves.

Este trabalho tem como objetivo mostrar a utilização de uma técnica para estimar o nível de ruído interno de uma aeronave, servindo como alternativa às limitações encontradas nos métodos determinísticos, tais como Elementos Finitos e Elementos de Contorno. Para a referida aplicação, foi utilizada a técnica Análise Estatística de Energia (SEA) para ruído na faixa de alta freqüência. Para auxiliar a execução do trabalho foi utilizada a ferramenta computacional baseada na teoria da técnica SEA, conforme Lyon & Dejong (1), para simulação de sistemas dinâmicos. Aplica-se a teoria SEA para revisão dos níveis de pressão sonora na cavidade interna de uma aeronave. Esta teoria ée utilizada, já que as análises de sistemas aeronáuticos devem ser realizadas para a investigação, considerando os modos de altas ordens. Assim, utilizando-se técnicas estatísticas, podem-se obter respostas dinâmicas num espectro de freqüência mais largo, com consideráveis níveis de aceitação, sem as limitações impostas por métodos determinísticos, citados acima. Neste trabalho são constituídos modelos da seção de uma fuselagem onde ocorre a fixação asa/fuselagem, para uma análise de sensibilidade da influência da localização de fontes, das fontes de ruído e da rigidez da estrutura. Desta maneira, pode-se comparar as respostas acústicas na cavidade de cabine para os casos em estudo. São realizados três grupos de simulação. O primeiro grupo de simulação visa analisar a importância da localização das fontes excitadoras no modelo. O segundo grupo tem como objetivo verificar a influência das fontes excitadoras. Já o terceiro estuda diferentes estruturas para verificar a influência da rigidez no nível de pressão sonora do interior da cabine.

Modelos para a previsão de ruído gerado por motores a jato, como turbofan de alta razão de bypass, são utilizados neste trabalho. Estes modelos, em conjunto com programas computacionais desenvolvidos no ITA, simulam a geração de ruído em cada componente do motor e, então, determinam o ruído total irradiado. Métodos empíricos são utilizados na determinação do nível de pressão sonora para cada banda de 1/3 de oitava, em função da direcionalidade da fonte de ruído e da distância do observador até a fonte. A importância da previsão de ruído gerado por motores aeronáuticos é ressaltada, sobretudo nos critérios que tangem a certificação de aeronaves comerciais. Os componentes principais a serem estudados são: fan/compressor, câmara de combustão, turbina e bocal propulsor (jato simples). Resultados para jatos simples são comparados com dados da literatura e para um motor tipo turbojato novo são obtidos. A simulação de funcionamento do motor completo, para gerar dados do escoamento para o cálculo do ruído, é comentada. Os dados de propriedades do escoamento e de projeto do motor são feitos de modo a obterem as informações necessárias a cada modelo de previsão de ruído. Os modelos utilizados para previsão de ruído de compressor, de câmara de combustão, de turbina e de jato simples são respectivamente NASA TM-195480, SAE ARP-876D, NASA-ANOPP e ESDU Item 98019. Um módulo capaz de calcular o nível de ruído produzido por um motor é incorporado ao programa de simulação numérica de funcionamento de turbinas a gás, sendo capaz de predizer os níveis de ruído em condições de operação fora do ponto de projeto. Espera-se, com isto, obter informações importantes sobre ruído, na fase de projeto do motor e/ou para subsidiar proposições para a sua redução.

A importância de se desenvolver aeronaves com baixos níveis de ruído interno e externo já é uma cultura generalizada na comunidade aeronáutica e de aviação. Aeronaves ruidosas podem ser simplesmente banidas de operar em determinados aeroportos ou pagar taxas maiores para poder operar em vários outros. Neste contexto, para auxiliar o projeto de aeronaves menos ruidosas, o presente trabalho ocupa-se com o desenvolvimento de uma ferramenta numérica para estimação de ruído externo gerado por motores turbofan instalados em aeronaves. Um código computacional foi desenvolvido seguindo a metodologia de alguns relatórios NASA TM-X para fornecer uma estimativa de ruído em volta da aeronave em distâncias desejadas pelo usuário. Cada relatório aborda um componente específico do motor, a saber, entrada de ar, câmara de combustão, turbina e bocal de exaustão. O código foi implantado na plataforma MATLAB visando à integração com rotinas de projeto e otimização já existentes, escritas nesta linguagem. O código foi validado com uma comparação com a metodologia ESDU e com um trabalho semelhante desenvolvido na Universidade de Berlin, e suas aplicações em projeto de aeronave são exemplificadas e discutidas no presente trabalho.

Atualmente, o mercado tem mostrado uma tendência da necessidade por aeronaves cada vêz mais rápidas, exigindo o voo para um alto número de Mach. Com o intuito de obter o desempenho ótimo para essa condição, é extremamente necessário observar os efeitos no arrasto advindos da compressibilidade e esses são mensurados através da análise do Drag Rise. Nesse âmbito, o presente estudo tem como objetivo, no nível de projeto preliminar, observar a influência no comportamento do Drag Rise de um sistema asa-fuselagem dada a variação de alguns parâmetros que definem a forma da asa, tais como: enflechamento, espessura, afilamento e alongamento, além de algumas condições de voo modeladas através do coeficiente de sustentação global da aeronave e do número de Reynolds de voo. Uma vez definidos os parâmetros de entrada da análise, estes são colocados no cartão de entrada do programa BLWF, que calcula a aerodinâmica do sistema asa-fuselagem para uma condição pré-definida. Deste programa são extraídos, como dados de saída, os seguintes arrastos: induzido, de atrito, de pressão e de onda. De posse desses arrastos, é feita a soma de seus componentes e calculada a variação da compressibilidade. Tendo a ultima quantificada, a análise do Drag Rise é feita plotando a variação do arrasto de compressibilidade ( CD) vs número de Mach, e assim, é avaliado a influência dos parâmetros anteriormente citados (enflechamento, espessura, afilamento, alongamento, coeficiente de sustentação global e número de Reynolds) em que é observado se o Drag Rise ocorre mais próximo ou mais longe do número de Mach igual a um.

Veículos aeroespaciais, voando a grandes velocidades, estão sob o efeito de elevadas cargas térmicas decorrentes da transformação da energia cinética do escoamento em energia térmica, causando um fenômeno conhecido como aquecimento aerodinâmico. O objetivo desta dissertação é, através de uma abordagem analítica do problema, estimar os níveis de fluxo de calor ao qual o Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X S estará sujeito durante o voo atmosférico. O Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X S faz parte de um projeto estratégico do Comando da Aeronáutica que consiste de um demonstrador da tecnologia de um estato-reator a combustão supersônica (scramjet) que está sendo desenvolvido na Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, do Instituto de Estudos Avançados (IEAv). Este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica dos principais projetos em scramjet desenvolvidos até o momento, além das principais teorias para cálculo de fluxo de calor de veículos em voo. As cargas térmicas são obtidas através de duas modelagens distintas para o ar atmosférico, sendo a primeira como um gás perfeito e a segunda como um gás em equilíbrio termodinâmico. Depois, através do desenvolvimento de sub-rotinas computacionais desenvolvidas em linguagem MATLAB, os fluxos de calor são calculados para as diversas regiões do veículo e em diversas condições de voo simuladas, baseadas na trajetória do Veículo de Sondagem VSB 30. Os resultados foram comparados aos obtidos de projetos similares e também a uma análise preliminar na área de CFD (Computational Fluid Dynamics) apresentando uma relevante concordância.

A presente dissertação trata da questão importante sobre dispersão no cálculo do coeficiente de arrasto associado a malhas computacionais em aplicações aeroespaciais. Este tema tem sido amplamente discutido na comunidade de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) na última década. Determinar com precisão o valor do coeficiente de arrasto de uma configuração sempre foi um dos maiores problemas em CFD na indústria aeroespacial. Tão importante quanto conhecer a grandeza que se deseja calcular é também conhecer quão preciso somos em determinar essa quantidade. Na indústria aeroespacial, programas computacionais baseados nas equações de Navier-Stokes com média de Reynolds (RANS) e malhas computacionais não estruturadas do tipo hexaédricas e do tipo tetraédricas com camadas de prisma para a camada limite aparecem como uma abordagem eficiente. Neste contexto, o presente trabalho conduz estudos de maneira a identificar e a entender as dispersões no cálculo do coeficiente de arrasto causadas por modificações na topologia da malha computacional, utilizando um único código de CFD. A fim de atingir tal objetivo, a asa ONERA-M6 foi escolhida como caso teste deste estudo por representar uma geometria simples e, assim, tornando mais clara a identificação do problema em questão. Com o objetivo de simplificar ainda mais o problema, as simulações não possuem arrasto induzido, que neste caso significa que o ângulo de ataque é zero para todos os casos. Dois números de Mach foram escolhidos para serem investigados neste estudo, Mach 0,3 e 0,8, por representarem regimes subsônico e transônico, respectivamente. Os estudos consideram um número de Reynolds igual a 3 milhões, que é tipicamente usado na indústria aeroespacial durante os estudos experimentais em túnel de vento. As dispersões no cálculo de arrasto encontradas neste estudo foram discutidas e investigadas com o objetivo de identificar as regiões da asa de maior contribuição da dispersão total e, também, apontar as diferenças na malha superficial e volumétrica que poderiam contribuir para tais dispersões. Baseado nos resultados obtidos neste trabalho, foi possível identificar a precisão no cálculo do coeficiente de arrasto de uma configuração simplificada, devido às modificações na topologia da malha que podem ser associadas a variações geométricas em um estudo de otimização aerodinâmica.

Os silos metálicos cilíndricos de chapa corrugada e cobertura cônica são as unidades mais utilizadas no Brasil para o armazenamento de produtos granulares. As principais ações variáveis que atuam sobre os silos são as pressões devidas aos produtos armazenados e ao vento, sendo esta ação crítica quando o silo se encontra vazio. Devido à grande eficiência estrutural da forma cilíndrica e à resistência elevada do aço, estas estruturas são leves e delgadas e, portanto, suscetíveis a perdas de estabilidade local e global e arrancamento. Com a finalidade de avaliar estes efeitos foram realizados estudos teóricos e experimentais sobre as ações do vento em silos. O trabalho foi desenvolvido com ensaios de modelos aerodinâmicos e aeroelásticos em um túnel de vento na Universidade de Cranfield, Inglaterra, com o objetivo de determinar os coeficientes aerodinâmicos no costado e na cobertura. Os resultados mostram que os valores dos coeficientes recomendados pela Norma Brasileira de vento, NBR 6123 (1990), são adequados para o costado. Para a cobertura cônica, como não são especificados pela NBR, são recomendados valores dos coeficientes aerodinâmicos determinados nos ensaios. Conclui-se também que a colocação externa das colunas é a favor da segurança e que o uso de anéis enrijecedores no costado é indicado e muito importante para a estabilidade local e global da estrutura do silo. / The steel cylindrical silos made of corrugated sheets with conical roofs are the most used units to the storage of granular materials. The main silo loads are the pressures due to the stored material and to the wind, being this action the critical one when the silo is empty. Due to the high efficiency of the cylindrical form and to the high strength of the steel, these structures are thin and light-weight and, as a consequence, susceptible to the loss of local and global stability and to the pull out of the structure. With the aim to assess these effects related to the wind loading in silos, some theoretical and experimental studies were conducted. The work was carried out with aerodynamic and aeroelastic models tested in a boundary layer wind tunnel in the University of Cranfield, England, with the objective to determine the aerodynamic coefficients of the cylinder and the conical roof. The results show that the coefficients of the Brazilian Code of wind loads, NBR 6123 (1990), are adequate to the cylinder. The coefficients to the conical roof are suggested based on our tests, considering that there are no values specified by the NBR. As well it is concluded that the outside columns is on the side of safety and it is indicated the use of wind rings attached to the cylinder, which are very important to the local and global stability of the silo structure.

A influência da fuselagem sobre a posição do centro aerodinâmico da asa é complexa e deve ser considerada nos cálculos de equilíbrio e estabilidade estática longitudinal da aeronave. Este trabalho apresenta uma análise comparativa para indicar o mais preciso dentre sete métodos teóricos para prever esta influência, em condições de baixa velocidade, utilizando seis configurações de modelos de asa mais fuselagem em escala reduzida, com proporções dimensionais características da aviação leve. Mediram-se os coeficientes de momento e sustentação para cada configuração, através de ensaios em túnel de vento de baixa velocidade, circuito aberto e seção de testes fechada. Calcularam-se as posições experimentais do centro aerodinâmico através da distância do eixo de rotação da balança ao bordo de ataque da asa e derivadas do coeficiente de momento em relação ao coeficiente de sustentação. Aplicaram-se os métodos teóricos às configurações. Os resultados demonstram que a maioria dos métodos prevê comportamentos na variação da posição do centro aerodinâmico semelhantes aos obtidos experimentalmente e apontados na revisão da literatura. A análise dos resultados teóricos ante os experimentais aponta o método descrito em Engineering Sciences Data Unit (1996a) como o mais preciso. / The fuselage influence on the wing aerodynamic center is complex and must be considered within longitudinal static stability and equilibrium calculations of the airplane. This work presents a comparative analysis to indicate the most accurate between seven theoretical methods that predict this influence, at low speed conditions, using six configurations of wing-fuselage reduced scale models, with the dimensional proportions found in light aviation. The moment and lift coefficients have been measured by experiments in a low speed open circuit wind tunnel with a closed test section. The experimental aerodynamic center positions have been found by the distance of the balance trunnion to wing leading edge and the derivation of the moment coefficient relative to the lift coefficient. The theoretical methods have been applied to all configurations. The results show that most of the methods predict variations in aerodynamic center position in the same way as those obtained in experimental results and shown in the literature review. The analysis between theoretical and experimental results indicates the method from Engineering Sciences Data Unit (1996a) as the most accurate.

A Computational Aeroacoustics (CAA) and a novel semi-empirical model is developed for predicting the noise generated by the jet flow through dual stream (coaxial) nozzles, as found in modern turbofan engines. The acoustic source model was developed in a 2D and 3D framework, based on the Lilley's Equations, following the traditional MGBK method from NASA Langley Research Center. The semi-empirical model was based on the Four-Source model from the Institute of Sound and Vibration (ISVR). This suite of methodologies provided a mean of investigating the mechanisms of noise generation and propagation of subsonic coaxial jet flows, as well as the noise prediction at different operating conditions. The work done contributed to the development and improvement of a numerical tool for jet noise prediction of dual-stream exhaust systems, commonly employed in turbofan engines. Such research also subsidies the improvement of semi-empirical methods used in the Center of Reference in Gas Turbine (ITA) for the noise prediction of turbofans in all operating conditions.