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Título: Estudo experimental da estrutura turbulenta da zona de colisão de um jacto de parede com uma camada limite
Autor: Ribeiro, Samuel Dinis Galvão
Orientador: Barata, Jorge Manuel Martins
Palavras-chave: Avião de descolagem rápida
Avião de aterragem vertical
Avião STOUL
STOUL (Short Take-of and Vertical Landing Aircraft)
Data de Defesa: 2008
Resumo: Um dos principais requisitos de projecto que deve ser tido em consideração num avião V/STOL é o sistema propulsivo quando o avião está perto do solo em transição para voo horizontal. Perdas no poder de aterragem/descolagem podem ocorrer no avião devido à re-ingestão de gases quentes; diminuição de pressão nas superfícies inferiores da asa e da fuselagem, que sugam o avião em direcção ao solo. Os gases quentes também são responsáveis pelo aumento de temperatura nos revestimentos da asa e da fuselagem. Os efeitos acima referidos são em grande parte devido a um escoamento que na literatura inglesa é designado de “ground vortex” e que surge devido à presença de um escoamento cruzado (vento ou o próprio movimento do avião). O escoamento cruzado quando interage com o jacto de parede radial, que resulta do espraiamento do jacto incidente do avião, origina o “ground vortex”. Estudos publicados sobre este tipo de escoamento são reduzidos e os poucos que aparecem reportam este tipo de escoamento num contexto secundário, pois grande parte da análise é direccionada para o problema do jacto incidente, que tem sido estudado para diversas configurações e condições de operação. O estudo que se apresenta nesta dissertação é dedicado à identificação de parâmetros e regimes associados às instabilidades e efeitos secundários presentes no escoamento “ground vortex”. A parte mais relevante do “ground vortex” é produzido experimentalmente através de uma configuração bidimensional, resultante da interacção de um escoamento camada limite com um escoamento jacto de parede. O escoamento jacto de parede é produzido separadamente com base numa configuração bidimensional que anteriormente foi utilizada no estudo de um escoamento “repuxo”. O escoamento camada limite é produzido por um túnel de vento de sopro convencional. A interacção do escoamento jacto de parede com o escoamento camada limite dá origem a uma região com escoamento bastante curvo. Essa região pode ser estudada para diferentes razões de velocidades entre o escoamento jacto de parede e o escoamento camada limite. Esta dissertação apresenta uma análise detalhada do escoamento “ground vortex” e segue um estudo anteriormente elaborado, onde foi detectada uma pequena zona de recirculação, localizada a montante do ponto de separação, que não tinha sido reportada para este tipo de escoamento. Este estudo apresenta um conjunto de medições efectuadas com um velocímetro Laser- Doppler para uma razão de velocidades entre o escoamento camada limite e o escoamento jacto de parede de valor 2. É também feita uma análise às características do campo de velocidades médio e turbulento, incluindo uma análise às duas componentes da velocidade, ou seja, a componente vertical e a componente horizontal. Os resultados mostraram a possível presença de um pequeno escoamento vórtice localizado a montante do ponto de separação. Na zona de separação, onde provavelmente está o pequeno escoamento vórtice, foram identificados espectros de energia com a presença de uma pequena “bossa”, que está localizada numa largura de banda de baixas frequências, indicando a existência de concentração de energia turbulenta instável nesta zona. A sequência encontrada para o desenvolvimento do vórtice secundário situado perto do ponto de separação da zona de colisão, através de estudos de visualização, pode ser interpretada como uma oscilação da zona de separação ou também por uma oscilação na origem virtual do escoamento deflectido. A presença de diagramas bimodais na componente horizontal da velocidade média localizados na zona de separação, confirma o comportamento de oscilação. Apesar da estrutura turbulenta na zona de separação apresentar um comportamento instável, os espectros de energia analisados para a componente horizontal da velocidade média, não revelaram a presença de picos de amplitude significativa na frequência. Contudo na zona central onde o escoamento é deflectido, ou seja, na zona de repuxo onde a componente vertical da velocidade média atinge os seus máximos, foram identificados casos pontuais com picos de energia distintos.
URI: http://hdl.handle.net/10400.6/3689
Designação: Dissertação apresentada à Universidade da Beira Interior para a obtenção do grau de mestre em Engenharia Aeronáutica
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