AED-25 Aerodinâmica Subsônica Apresentação do Curso.

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1 AED-25 Aerodinâmica Subsônica Apresentação do Curso

2 Motivação  Enfoque mais aplicado;  Aplicação dos conceitos aprendidos nos cursos anteriores na análise de problemas aerodinâmicos concretos;  Conhecer os principais métodos existentes, bem como sua formulação, vantagens e limitações;  Tentar transformar as caixas pretas em, ao menos, caixas cinzas.  Caso essa matéria consiga despertar o interesse de vocês, abrir a caixa é assunto de pesquisa/pós-graduação.

3 Contexto Teoria: modelos de razoável fidelidade mas de aplicabilidade restrita. Preocupa-se com as características matemáticas dos modelos (existência e unicidade de soluções, etc). Prof. Otelbaev recentemente propôs uma prova da existência e suavidade de soluções. Ainda sob júdice. Experimental: não tendo como base modelos, é considerado soberano, visto que a própria natureza é testada diretamente. Os principais problemas são imprecisões experimentais e o custo de operação dos túneis. Numérico: parte da onde a teoria não consegue avançar. Busca soluções para formas aproximadas das expressões teóricas, fazendo uso de rotinas computacionais para tal. A precisão aqui se torna proporcional aos recursos computacionais disponíveis. Numérico Teórico Experimental

4 Roteiro  Métodos Potenciais em escoamento incompressíveis (Eq. Integrais)  Método dos Paineis;  Correção de Camada Limite e previsão de transição;  Vortex-lattice;  Correções de Compressibilidade;  Métodos numéricos para solução de equações diferenciais  Equação do Potencial Completo;  Equações de Euler;  Equações de Navier-Stokes  Média de Reynolds e modelos de turbulência;  Simulação de Grandes Escalas;  Simulação direta (DNS);

5 Dinâmica  Três aulas semanais: 1 de teoria e 2 de exercícios (tipicamente);  Uso do computador será indispensável;  Programas a serem utilizados:  AVL/XFRL5;  Xfoil;  SU2;  Matlab;  Eventualmente alguns programas em Fortran;  Uso de computador é fundamental: notebooks?

6 Avaliação  Como visto, o curso é dividido em módulos correspondendo aos temas principais;  Ao longo dos módulos serão propostos trabalhos que, em grande parte, serão feitos em sala;  A avaliação de tais trabalhos constituirá as notas bimestrais.  Para o exame será proposto um trabalho final que faça uma síntese dos diversos métodos, mostrando as vantagens e limitações de cada um.

7 Equações Modelo da Mecânica dos Fluidos Viscosidade = 0 Transferência de calor = 0 Escoamento irrotacional Peq. Perturbações Incompressível

8 Equação do potencial linearizado Pode ser transformada em uma equação integral: Distribuição de fontes Distribuição de dipolos normais Numericamente: - integrais viram somatórios - equação integral vira sistema linear AX=B

9 Equação do potencial linearizado  Baixo custo computacional  Problema 3D é reduzido a um problema 2D (na superfície); 2D vira 1D!  Solução direta de um sistema linear  Superposição de soluções elementares  Limitações  Escoamento irrotacional, sem efeitos viscosos; CD = 0  Linearização: pequenas perturbações  Isentrópico: em princípio, não ocorrem choques

10 Equação do potencial completo Problema 2D

11 Equação do potencial completo  Custo computacional mais elevado  Problema 3D NÃO é reduzido a um problema 2D (na superfície); 2D NÃO vira 1D!  NÃO É POSSÍVAL FORMULAR COMO Solução direta de um sistema linear  NÃO HÁ Superposição de soluções elementares  Limitações  Escoamento irrotacional, sem efeitos viscosos; CD = 0  NÃO HÁ Linearização: pequenas perturbações  Isentrópico: em princípio, não ocorrem choques  Vantagem com relação a Euler e NS: uma única variável (potencial)

12 “Equação de Euler” Continuidade Quantidade de movimento Energia

13 “Equação de Euler”  Características  Escoamento ROTACIONAL, mas sem efeitos viscosos; CD (atrito) = 0  Ondas de choque: escoamento transônico e supersônico, CD (onda) ≠ 0  Cinco variáveis

14 Equação de Navier-Stokes  Características  Escoamento viscoso, com transferência de calor; CD (atrito) ≠ 0  Camada limite é modelada: descolamento, estol  Ondas de choque: escoamento transônico e supersônico, CD (onda) ≠ 0  Cinco variáveis

15 Navier-Stokes – custo computacional Refinamento de malha no interior da camada limite + turbulência = alto custo computacional

16 Resumo Viscosidade = 0 Transferência de calor = 0 Escoamento irrotacional Peq. Perturbações Incompressível Qual é a precisão necessária para a solução? Quais efeitos são relevantes para a aplicação proposta? Qual método fornece a solução necessária com o custo mais baixo?

17 Plano de curso 2016  Métodos numéricos para escoamentos potenciais em regime incompressível: vortex-lattice. emétodo dos painéis. Correção de camada limite. Previsão de transição para o regime turbulento.  Problemas de análise e projeto de aerofólios e asas. Estudo de configurações completas de aeronaves. correção de compressibilidade.  Introdução a métodos numéricos para soluções de equações diferenciais. Métodos numéricos para escoamentos compressíveis e/ou viscosos: equação do potencial completo, Euler e Navier- Stokes com média de Reynolds. Modelos de turbulência.  Aplicações para o escoamento em torno de perfis e asas nos regimes subsônico e transônico.  Introdução à simulação direta e de grandes escalas em aerodinâmica.

18 Plano de curso 2016  Objetivo  Estudar os diferentes métodos numéricos disponíveis para a solução de problemas de aerodinâmica aplicada, compreendendo as vantagens e limitações de cada um. Utilizar métodos numéricos para a fixação de conceitos fundamentais em aerodinâmica e para a solução de problemas importantes da engenharia aeronáutica.