Development of flight test instrumentation for inflatable wings and aerodynamic characterization through local pressure differential analysis

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Autor(es): dc.contributorVeras, Carlos Alberto Gurgel-
Autor(es): dc.contributordiegobenedetti@gmail.com-
Autor(es): dc.creatorBenedetti, Diego Muniz-
Data de aceite: dc.date.accessioned2021-10-14T18:11:07Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2021-10-14T18:11:07Z-
Data de envio: dc.date.issued2021-05-21-
Data de envio: dc.date.issued2021-05-21-
Data de envio: dc.date.issued2021-05-20-
Data de envio: dc.date.issued2021-01-25-
Fonte completa do material: dc.identifierhttps://repositorio.unb.br/handle/10482/40979-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/capes/625502-
Descrição: dc.descriptionTese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021.-
Descrição: dc.descriptionEste trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de instrumentação para medição “in-situ” do diferencial de pressão interno-externo nas superfícies superior e inferior de asas dinamicamente infláveis. O sistema é composto por sensores de pressão diferencial, pesando cerca de sete gramas cada, alinhados em série compondo uma fita de medição que transmite dados em tempo real por meio de um protocolo de comunicação sem fio. Os testes em túnel de vento demonstraram a capacidade de leitura de baixos diferenciais de pressão na faixa de 1,0 a 120 Pa em um aerofólio do tipo ASCENDER. Os testes cobriram condições de voo representativas da operação dos principais sistemas de asas dinamicamente infláveis, com velocidades variando de 3 a 10 m / s e ângulos de ataque entre -20 e +25 graus. Foram obtidas leituras estáveis com coeficiente de variação entre 2% e 7% no envelope operacional de voo. Os dados permitiram confirmar a existência de um limiar de inflagem e uma mudança abrupta no perfil de distribuição de pressão quando a incidência mínima é atingida. As singularidades aerodinâmicas observadas confirmaram a ocorrência de uma bolha de recirculação no bordo de ataque resultando uma queda expressiva na sustentação e aumento no arrasto. A aproximação do estol apresentou características aerodinâmicas semelhantes às asas rígidas e pode ser didaticamente evidenciada pelos dados de ensaio. Um modelo teórico para a distribuição do coeficiente de pressão externo ao longo de aerofólios abertos foi proposto com base em estimativas da estrutura do fluxo de ar confinado. A curva de sustentação derivada do modelamento se mostrou compatível com dados anteriores e com dados do perfil rígido de referência. A estabilidade de forma do aerofólio e os distúrbios de camada limite devido à fixação de componentes também foram avaliados, antecipando a adequação da instrumentação para aplicações em voo. Em geral, pode-se afirmar que a instrumentação pode ser aplicada imediatamente às asas infláveis, para uso como ferramenta de ensaio em voo e como sistemas de segurança que vão desde alertas de pré-colapso até sistemas complexos de aumento de estabilidade.-
Descrição: dc.descriptionThis work presents the development of an advanced instrumentation system for in situ measurement of the inner-outer pressure differential at the upper and lower surfaces of dynamically inflatable wings. The system relied on differential pressure sensors, of about seven grams each, placed along a foil cell to transmit real-time data through a wireless protocol. Wind tunnel tests demonstrated the full capability of low-pressure differential readings in the range of 1.0 to 120 Pa at an ASCENDER airfoil. The tests covered representative flight conditions with speeds varying from 3 to 10 m/s at angles of attack from -20 to +25 degrees. Stable readings with coefficient of variation from 2% to 7% were obtained over the operational flight envelope. Data allowed confirming the existence of an inflation threshold and an abrupt change on pressure distribution profile when inflation minimum is achieved. Observed aerodynamics singularities confirmed the occurrence of a relevant bottom leading edge recirculation bubble, which leads to expressive drop in lift and increase in drag. Stall approach presented aerodynamic characteristics similar to rigid wings, preceding the loss of shape stability. A theoretical model for pressure coefficient distribution along open-airfoils was proposed based on estimations of the confined airflow structure. Calculated wing lift forces and loads were compatible with practical observation. Airfoil shape stability and boundary layer disturbances due to components attachment were also evaluated, anticipating the instrumentation's suitability for in-flight applications. As a whole, the instrumentation may be applied straightforwardly to actual inflatable wings to be used as a flight test appliance and to improve their safety as a stability augmentation system or a collapse alert and prevention tool.-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Direitos: dc.rightsAcesso Aberto-
Direitos: dc.rightsA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.-
Palavras-chave: dc.subjectEnsaio em voo-
Palavras-chave: dc.subjectParagliders-
Palavras-chave: dc.subjectAsas infláveis-
Palavras-chave: dc.subjectFluxo de cavidade-
Título: dc.titleDevelopment of flight test instrumentation for inflatable wings and aerodynamic characterization through local pressure differential analysis-
Tipo de arquivo: dc.typelivro digital-
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