Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work is designed to study helices and Bertrand curves. A circular helix is characterized by having constant curvature k 6= 0 and constant torsion t . If the ratio t k is constant, the curve is called generalized helix. A curve g : I −→R3 is called a Bertrand curve if there is another curve g : I −→R3 such that the normal lines of g and g at s ∈ I are equal. Generalized helices and Bertrand curves can be viewed as generalizations of the circular helix. In this work, we obtain important characterizations of these curves. Besides, we also study these curves from the view point of the theory of curves on ruled surfaces. / O presente trabalho destina-se a um estudo sobre hélices e curvas de Bertrand. Uma hélice circular é caracterizada por ter curvatura k 6= 0 e torção t constantes. Se a razão t k for constante, a curva é chamada hélice generalizada. Uma curva g : I −→ R3 é chamada curva de Bertrand se existe uma outra curva g : I −→ R3 tal que as retas normais de g e g em s ∈ I são iguais. Tanto a hélice generalizada como a curva de Bertrand podem ser vistas como generalizações da hélice circular. Neste trabalho, além de obtermos importantes caracterizações destas curvas, realizamos também um estudo destas do ponto de vista da teoria de curvas em superfícies regradas.

Devido a crescente necessidade da indústria aeronáutica de lançar novos modelos ou fazer melhorias em seus projetos, e a utilização mais freqüente da informática como ferramenta de trabalho nos departamentos de projetos e na integração com a produção, tem-se realizada a modificação dos softwares existentes com o intuito de atualizá-los ou torná-los mais abrangentes nos estudos de casos aeronáuticos, quando possível e viável, auxiliando com isto a diminuição de custos e a maximização da fase projeto/produção. Com esta finalidade, fez-se uma melhoria em um programa de métodos de painéis preexistente, utilizado para se fazer uma análise inicial de um projeto aeronáutico na indústria e, no caso de centros de ensinos e universidades, para a demonstração e aprendizagem de ferramentas de projetos, onde o carregamento axial da hélice foi acrescido de novos modelos. Para isso utilizou-se tanto carregamentos teóricos ou hipotéticos, através de curvas matemáticas conhecidas ou curvas polinomiais quaisquer, quanto carregamentos reais, obtidos de experimentações de diferentes hélices em testes de bancadas. Especificamente utilizou-se um modelo aeronáutico composto por um conjunto asa/fuselagem, com a hélice na posição \"pusher\", onde é mostrada a influência dos vários modelos de carregamento da hélice sobre o carregamento no perfil da asa. / Due to the increasing necessity of the aeronautical industry to launch new models or to make improvements in their projects, and the utilization more frequently of the computational programs as tools of work in the projects department and integration with production, has realised modifications have been made to in the existent softwares with the intuition of updating or to get close to the real situations in the study of aeronautical cases, when this is possible and viable, helping in the minimization of costs and the maximization of the project/prodution phase. With this aim, made improvements were made in a preexistent panel method, created for the initial analysis of an aeronautical project in the industry and, in the case of educational centers and the university, for the demonstration and the teaching of the use design tool, in which the axial loading on the propellers was increased, creating new models. For this as theoretical or hypotetical Ioading was used, through the use of known mathematical or polynomial curves, and real loading, obtained in experiments with different propellers static tests. Especifically an aeronautical model composed of a wing/fuselage, within a twin pusher propeller configuration, in which the influence of the several models of propeller loading on the wing section loading is shown.

Les doublets d'hélices contra-rotatives (CROR) sont un moyen alternatif aux turbofans actuels pour propulser les avions commerciaux. Un CROR est composé de 2 soufflantes coaxiales non carénées tournant dans des sens opposées. Actuellement, les CROR pourraient réduire les émissions de CO2 mais les émissions sonores pourraient être un frein à leur commercialisation. Au décollage et en condition d'approche, le son est principalement créé par la charge instationnaire subie par un des rotor. Cette charge provient de l'interaction d'un des rotors avec des fluctuations de vitesses périodiques produites par l'autre. Ce bruit d'interaction provient principalement de 3 sources principales. La première est liée à l'interaction des sillages visqueux provenant du rotor amont qui se font découper par le bord d'attaque des pales du rotor aval. La seconde est liée au potentiel de vitesse créé par le bord d'attaque des pales du rotor aval qui influence les vitesses vues au bord de fuite des pales du rotor amont. La dernière provient de l'interaction des pales du rotor aval avec les tourbillons d'extrémités créés en tête ou en pied de pale du rotor amont. Cette dernière interaction s'est avérée principale pour des conditions d'approche et de décollage. Pour réduire l'interaction tourbillon de tête - pale aval pour des conditions nominales de vol, le rayon maximal des pales du rotor aval est rogné. Le rognage classique est obtenu pour les conditions de décollage et d'approche où l'effet de contraction de la veine fluide est le plus important. Cependant, le CROR est alors considéré avec un écoulement uniforme sans angle d'incidence. Avant de prendre en compte les effets d'incidences, il peut être intéressant de prendre en compte l'angle de contraction de la veine fluide qui pour certaines configurations et points de fonctionnement est suffisant pour réactiver l'interaction pale-tourbillon. L'interaction est alors tridimensionnelle, toutes les composantes de la vitesse du tourbillon contribuent au bruit émis. Le but de cette étude sera d'analyser l'influence de la contraction de la veine fluide et des trois composantes de la vitesse du tourbillon de tête sur la charge instationnaire vu par la pale aval. Ces améliorations seront implémentées dans un outil de prévision de bruit de turbomachines : Optibrui. Une étude paramétrique préliminaire sera faite sur cette source. Les retombées de cette étude sont doubles. Tout d'abord, une meilleure compréhension des mécanismes d'interactions entre un tourbillon et une pale tournante dans des conditions réalistes sera possible. Ensuite, un outil rapide d'évaluation préliminaire du bruit provenant de l'interaction pale-tourbillon sera incorporé dans le but de pouvoir effectuer une optimisation aéroacoustique sur des géométries préliminaires.

Les α-hélices sont des éléments clés de la reconnaissance biomoléculaire, comme en témoigne le fait qu'une quantité significative de complexes protéine-protéine, dans la banque de données protéiques (PDB), présentent des interfaces inter-hélices. Cependant, de courtes hélices peptidiques isolées dans le but de bloquer ces interactions ne sont généralement que faiblement présentes en milieu aqueux et sont sensibles à la dégradation protéolytique, limitant ainsi leur potentiel thérapeutique. Diverses approches chimiques ont été proposées pour augmenter la propension au repliement en hélice des α-peptides. Une stratégie consiste à pré-organiser les premières liaisons amides à l'aide d'une « capping box » ou d'un substitut de liaison hydrogène. Récemment, nous nous sommes intéressés à la possibilité d'interfacer des peptides-α et des foldamères afin d’élaborer des « foldamères à blocs » générant ainsi un nouveau type d’architecture mime de l'hélice-α. Dans notre laboratoire, nous avons développé des foldamers à base d’urées qui s’organisent pour former des structures hélicoïdales. Les similitudes du sens d’enroulement, du pas et de la polarité entre l’hélice-α peptidique et l’hélice-2.5 d'oligourée suggéraient qu'il serait possible de combiner ces deux squelettes. Au cours de cette thèse, nous avons montré que les chimères : oligourée/α-peptide, forment des structures hélicoïdales bien définies dans les solvants organiques polaires avec la propagation d'un réseau de liaisons hydrogène intramoléculaires continu couvrant la totalité de la séquence. Ces études ont suggéré que le squelette de l'oligourée qui possède une forte propension à adopter une structuration en hélice pourrait conduire au développement d’un « cap » permettant la pré-organisation des quatre premiers NHs ainsi que des quatre derniers groupements carbonyles d’une hélice-α peptidique. Nous avons donc étudié l'influence de courts fragments oligourées sur la stabilisation de séquences peptidiques modèles solubles dans l'eau en hélices-α, conduisant au développement de la « foldamer capping box ». Grâce à cette nouvelle stratégie de stabilisation des hélices peptidiques, nous avons pu concevoir des inhibiteurs de l’interaction protéine/protéine p53/MDM2. / Α-Helices are key elements of biomolecular recognition, as reflected by the fact that a large fraction of the protein-protein complexes in the Protein Data Bank (PDB) feature helical interfaces. However, short isolated peptide helices are generally only weakly populated in aqueous environment and are sensitive to proteolytic degradation, thus limiting their therapeutic potential. Various chemical approaches have been proposed to increase the helix folding propensity of α-peptides. One strategy is to pre-organize the first amide bonds through the use of a "capping box" or a hydrogen bond surrogate. Recently we became interested by the possibility to interface peptide and foldamer helical backbones in order to develop “block co-foldamers“, to generate new generations of α-helix mimics. In our laboratory, we have developed oligourea foldamers which are organized to form helical structures. The similarities in helix screw sense, pitch, and polarity between the peptide α-helix and the oligourea 2.5-helix suggested that it would be feasible to combine these two backbones. In this thesis, we have shown that the resulting oligourea/α-peptide chimeras form well-defined helical structures in polar organic solvents with the propagation of a continuous intramolecular hydrogen bonding network spanning the entire sequence. These studies provided a rationale for the use of the oligourea backbone which is strongly biased towards helix formation could lead to the development of pre-organized caps for the initial four amide NHs and the final four carbonyl groups of a peptide α-helix. We have therefore studied the influence of short oligourea fragments on the stabilization of model water-soluble peptide sequences in α-helices, leading to the development of the foldamer capping box. This strategy awas pplied for the first time to the design of potent inhibitors of protein/protein interactions (e.g. p53/MDM2).

La formation de nanostructures bien définies par autoassemblage de briques organiques a reçu de nombreuses attentions dues à leurs potentielles applications en chimie comme en biologie. Parmi toutes ces éléments organiques, les peptides et pseudopeptides font partie des plus prometteurs de par leur ressemblance aux protéines. Nous pouvons dénombrer de nombreux autoassemblages peptidiques, comme les nanotubes, les nanofibres, les vésicules, les nanosphères etc… Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à la synthèse et à l’étude structurale globale des hydrazinopeptides. Grâce à leur azote supplémentaire, ces pseudopeptides bis-azotés sont capables de s’auto-assembler en de nouvelles structurations. Les 1:1[α/α-Nα-Bn-hydrazino]peptides linéaires ont démontré se structurer en hydrazinoturn et γ-turn en solution. Nous mettrons en évidence la capacité des analogues 1:1[ß/α-Nα-Bn-hydrazino]peptides linéaires à s’autostructurer en hydrazinoturn en solution, n’impliquant pas le squelette du motif ß-aminoacide. De la même manière, nous démontrerons la capacité des pseudopeptides purs hydrazino à se structurer en solution en une structure très solide formées de successions d’hydrazinoturn, observable à l’état cristallin également. Dans un deuxième temps, et dans le cadre de l’élaboration de structures nanotubulaires, nous avons étudié une série de 1:1[α/α-Nα-Bn-hydrazino]peptides cycliques, et tout particulièrement les cyclotétramères. Dans ce contexte, nous avons cherché à mettre en lumière les différents paramètres pouvant influencer l’organisation nanotubulaires dans nos macrocycles, dans le but d’élaborer la meilleure stratégie afin d’obtenir cette nanostructuration en vues d’éventuelles applications. Les différents paramètres étudiés sont les suivants : la stratégie de synthèse, la chiralité, l’orientation des chaînes latérales, et enfin l’aptitude à former des gels / The formation of nanostructures with well-defined organic brick self-assembly has received much attention due to their potential applications in chemistry and biology. Among all these organic elements, peptides and pseudopeptides are among the most promising because of their similarity to proteins. We can enumerate many peptides self-assembly, such as nanotubes, nonafibres, vesicles, nanospheres etc … In this context, we are interested by the synthesis and overall structural study of hydrazinopeptides. Thanks to the additional nitrogen, these bis-nitrogen pseudopeptides are able to self-assemble into new structuring. The 1:1[α/α-Nα-Bn-hydrazino] linear peptides showed coalesce into hydrazinoturn and γ-turn in solution. We have highlighted the ability of analogues of 1:1[ß/α-Nα-Bn-hydrazino] linear peptides to be structured in hydrazinoturn only, in solution. Similarly, we have demonstrated the ability of pure α-Nα-Bn-hydrazino pseudopeptides to be structured in a very solid solution structure formed of hydrazinoturn observable also in crystal state. Secondly, and as part of the development of nanotube structures, we have studied a serie of 1:1[α/α-Nα-hydrazino] cyclic peptides, and especially cyclotetrameres. In this context, we have sought to highlight the various parameters that may affect the organization in nanotubes, in order to develop the best strategy to achieve this potential application in nanostructuring views. The various parameters studied are: the synthetic strategy, the chirality, the orientation of side chains, and finally the ability to form gels

Les doublets d'hélices contra-rotatives (CROR) sont un moyen alternatif aux turbofans actuels pour propulser les avions commerciaux. Un CROR est composé de 2 soufflantes coaxiales non carénées tournant dans des sens opposées. Actuellement, les CROR pourraient réduire les émissions de CO2 mais les émissions sonores pourraient être un frein à leur commercialisation. Au décollage et en condition d'approche, le son est principalement créé par la charge instationnaire subie par un des rotor. Cette charge provient de l'interaction d'un des rotors avec des fluctuations de vitesses périodiques produites par l'autre. Ce bruit d'interaction provient principalement de 3 sources principales. La première est liée à l'interaction des sillages visqueux provenant du rotor amont qui se font découper par le bord d'attaque des pales du rotor aval. La seconde est liée au potentiel de vitesse créé par le bord d'attaque des pales du rotor aval qui influence les vitesses vues au bord de fuite des pales du rotor amont. La dernière provient de l'interaction des pales du rotor aval avec les tourbillons d'extrémités créés en tête ou en pied de pale du rotor amont. Cette dernière interaction s'est avérée principale pour des conditions d'approche et de décollage. Pour réduire l'interaction tourbillon de tête - pale aval pour des conditions nominales de vol, le rayon maximal des pales du rotor aval est rogné. Le rognage classique est obtenu pour les conditions de décollage et d'approche où l'effet de contraction de la veine fluide est le plus important. Cependant, le CROR est alors considéré avec un écoulement uniforme sans angle d'incidence. Avant de prendre en compte les effets d'incidences, il peut être intéressant de prendre en compte l'angle de contraction de la veine fluide qui pour certaines configurations et points de fonctionnement est suffisant pour réactiver l'interaction paletourbillon. L'interaction est alors tridimensionnelle, toutes les composantes de la vitesse du tourbillon contribuent au bruit émis. Le but de cette étude sera d'analyser l'influence de la contraction de la veine fluide et des trois composantes de la vitesse du tourbillon de tête sur la charge instationnaire vu par la pale aval. Ces améliorations seront implémentées dans un outil de prévision de bruit de turbomachines : Optibrui. Une étude paramétrique préliminaire sera faite sur cette source. Les retombées de cette étude sont doubles. Tout d'abord, une meilleure compréhension des mécanismes d'interactions entre un tourbillon et une pale tournante dans des conditions réalistes sera possible. Ensuite, un outil rapide d'évaluation préliminaire du bruit provenant de l'interaction pale-tourbillon sera incorporé dans le but de pouvoir effectuer une optimisation aéroacoustique sur des géométries préliminaires. / No abstract

En el presente trabajo de tesis se realiza el análisis aerodinámico de una hélice 17x5 de un Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) del tipo cuadricóptero para precisar el efecto de la modificación del ángulo de paso en las fuerzas aerodinámicas con el objetivo de incrementar la eficiencia de vuelo vertical. En primer lugar, el estudio aerodinámico se realiza a partir de cálculos analíticos bajo la formulación de la teoría del Impulsor del Elemento Pala o también llamada Blade Element Momenthum Theory (BEMT) por sus siglas en inglés. El cálculo analítico se realiza en el software JBLADE el cual emplea el código BEMT para la resolución de problemas aerodinámicos de hélices. Los resultados se verifican que tengan un correcto sentido físico con tendencias y valores numéricos acordes con el estudio y experimentación de hélices; estos resultados forman punto de partida para el posterior análisis. Luego, el análisis aerodinámico se realiza a partir de la simulación computacional mediante el uso del software ANSYS Fluent. El paquete de ANSYS Fluent proporciona un análisis basado en el uso de volúmenes finitos. En específico, se enfoca la resolución del problema mediante el método del Marco de Referencia Móvil (MRF - Moving Reference Frame); el método resuelve los campos de flujos que involucran superficies rotatorias bajo un enfoque estacionario. El método MRF proporciona una solución físicamente correcta, simple y con menor uso de recurso computacional. En seguida, los resultados de la simulación se verifican frente a los cálculos analíticos a manera de validar los resultados. La tendencia de la respuesta muestra una correcta similitud con respecto a los cálculos analíticos. Sin embargo, existe un error promedio de 17,0% entre los valores numéricos de ambos métodos; esto debido a las simplificaciones realizadas en la configuración del modelo y en el proceso general de simulación. Finalmente, en la presente tesis se concluye que se logra obtener un aumento de la fuerza de empuje a partir de un cambio en el ángulo de paso; cabe resaltar que este aumento representa un impulso del 17,8% del peso total del cuadricóptero, con solo incrementar el ángulo de paso de cero a dos grados, lo cual resulta en un beneficio aerodinámico.

Ce mémoire présente l’étude numérique d’un emballement de turbine hydraulique axiale à échelle modèle. Cet état transitoire est simulé du point de meilleur rendement jusqu’à l’atteinte de 95% de la vitesse d’emballement. Pour ce faire, une méthodologie numérique est développée à l’aide du logiciel commercial ANSYS CFX en utilisant une approche "Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes" avec modèle de turbulence k-ε. Cette méthodologie numérique a été validée grâce à des mesures expérimentales de pression acquises en situation d’emballement sur les aubes d’une roue de turbine axiale étudiée au Laboratoire de Machines Hydrauliques de l’Université Laval. La validation des simulations numériques a été réalisée grâce à des comparaisons dans les domaines temporel et fréquentiel entre les pressions mesurées expérimentalement et calculées numériquement. Les analyses fréquentielles en transitoire ont été effectuées à l’aide de transformées en ondelettes afin de représenter l’évolution temporelle du spectre de fréquence. Des analyses qualitatives de phénomènes hydrauliques prenant place dans la turbine sont aussi présentées. Les analyses effectuées ont permis de confirmer le développement d’un tourbillon en précession par rapport à la roue dans l’aspirateur provocant les fluctuations de pression dominantes à des fréquences subsynchrones. La comparaison entre les données expérimentales et numériques a permis de valider une stratégie de simulation transitoire et d’en définir les limites en vue de prochaines simulations d’emballement. Des tests supplémentaires sont suggérés pour améliorer la précision ou le niveau de confiance de la méthode. / This work presents a numerical study of a runaway event (from the load rejection at BEP to 95% of the runaway speed) for a model propeller turbine. To do so, a numerical methodology, based on the “Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes” approach with k-ε turbulence model, is developed with the commercial CFD solver ANSYS CFX. This methodology is validated with pressure measurements on the runner blades of a propeller model turbine during a runaway event at the Hydraulic Machines Laboratory of Laval University. Comparisons between experimental pressure measurements and numerical pressure simulations in time domain and frequency domain are mainly used to validate the numerical methodology. The transient frequency analysis are performed with Wavelet to represent the time evolution of the frequency spectrum. Qualitative analysis of the hydraulic phenomena developed during the transient event are also carried out. Numerical analysis showed the development and the evolution of a vortex rope in the draft tube associated with high pressure fluctuations. Comparisons between experimental and numerical data revealed the limits of the methodology that will need adjustments for future works.

Los aerodeslizadores son vehículos capaces de suspenderse al lanzar un chorro de aire contra una superficie que se encuentra debajo del mismo. Este caudal de aire genera un colchón de aire capaz de suspender el vehículo, lo cual le permite transitar sobre superficies lo suficientemente regulares sin entrar en contacto con las mismas Actualmente en el Perú, el uso y desarrollo de este tipo de vehículos es casi nulo. Creemos que su uso será beneficioso por la gran variedad de superficies con las que contamos, superficies que pueden ser tranquilamente transitadas por estos vehículos. En este trabajo se plantea el diseño aerodinámico de un vehículo de estas características con capacidad para dos pasajeros, de manera que se pueda demostrar la factibilidad de su uso en nuestro país. Cabe recalcar que el presente estudio consiste solamente en el diseño de los sistemas de suspensión y propulsión, ya que otros componentes tales como la falda flexible, el sistema de dirección y el casco han quedado fuera del mismo. Esto debido a la extensión del mismo, además que desde un principio se planteo solo el diseño de los componentes antes mencionados. En primer lugar se estudia el concepto de los aerodeslizadores, sus usos y sus principales antecedentes históricos. Posterior a esto se describen los componentes que lo conforman y se selecciona los componentes principales que llevara nuestro vehículo. Una vez definida la geometría y los componentes que compondrán nuestro vehículo se procede a presentar la teoría aerodinámica que rige el diseño de esta clase de vehículos, de manera que se pueda comprender la física que rige su funcionamiento. Finalmente se realizaran los cálculos aerodinámicos que permiten realizar la selección y diseño de los componentes principales, para terminar con el diseño general de los sistemas de suspensión y propulsión, el cual incluye las estructuras que soportaran los componentes y sus respectivas transmisiones.

Cette étude s'inscrit dans le domaine des moteurs à doublets d'hélices contrarotatives, aussi appelés open rotors. Elle a porté sur le développement des méthodologies à coût modéré pour la simulation aérodynamique des open rotors. Elle avait pour objectif, d'un côté, la mise en place et la validation de ces méthodologies rapides ; et d'un autre côté, l'approfondissement de la compréhension de l'origine des efforts dans le plan hélice, aussi appelés les efforts 1P. Pour le premier des objectifs, le code HOST-MINT, basé sur la méthode de la ligne portante a été adapté et amélioré pour la simulation de l'aérodynamique instationnaire des hélices et des open rotors. Des validations ont été réalisées avec succès par comparaison avec des données expérimentales et des simulations CFD plus avancées. Cette étude a ainsi ouvert des nombreuses perspectives d'application de ce type de méthodologies rapides dans la conception aérodynamique des futurs open rotors. En outre, cette méthode s'est révélée aussi adaptée pour d'autres domaines autour de l'aérodynamique, comme par exemple, pour les problèmes d'aéroélasticité ou pour les prédictions aéroacoustiques préliminaires. / This study is devoted to the development of moderate-cost methodologies for the aerodynamic simulation of open rotors. The main goals are, on one side, to develop and validate these rapid methodologies, and, on the other side, to better understand the mechanisms behind propeller in-plane loads, also called the 1P loads. To reach the first goal, the HOST-MINT code, based on the lifting-line theory, has been adapted and improved for the unsteady simulation of propellers and open rotors. The code has been assessed by comparison with experimental data and more complex and precise CFD simulations. Finally, the first developments and tests of a Lagrangian/Eulerian coupling strategy between HOST-MINT and the elsA CFD code have been performed. These studies enable to endeavor a number of applications of this type of rapid methodologies in the aerodynamic design of future open rotors. Moreover, these methodologies may be adapted for other domains linked to aerodynamics, such as aeroelastic problems or preliminary aeroacoustic predictions.