Simulation of Oxford University Gun Tunnel performance using a quasi-one-dimensional model

The performance of the Oxford University Gun Tunnel has been estimated using a quasi-one-dimensional simulation of the facility gas dynamics. The modelling of the actual facility area variations so as to adequately simulate both shock reflection and flow discharge processes has been considered in some detail. Test gas stagnation pressure and temperature histories are compared with measurements at two different operating conditions - one with nitrogen and the other with carbon dioxide as the test gas. It is demonstrated that both the simulated pressures and temperatures are typically within 3% of the experimental measurements.

Transducer for direct measurement of skin friction in hypervelocity impulse facilities

An acceleration compensated transducer was developed to enable the direct measurement of skin friction in hypervelocity impulse facilities. The gauge incorporated a measurement and acceleration element that employed direct shear of a piezoelectric ceramic. The design integrated techniques to maximize rise time and shear response while minimizing the affects of acceleration, pressure, heat transfer, and electrical interference. The arrangement resulted in a transducer natural frequency near 40 kHz. The transducer was calibrated for shear and acceleration in separate bench tests and was calibrated for pressure within an impulse facility. Uncertainty analyses identified only small experimental errors in the shear and acceleration calibration techniques. Although significant errors were revealed in the method of pressure calibration, total skin-friction measurement errors as low as +/-7-12% were established. The transducer was successfully utilized in a shock tunnel, and sample measurements are presented for flow conditions that simulate a flight Mach number near 8.

Techniques for detailed heat transfer measurements in cold supersonic blowdown tunnels using thermochromic liquid crystals

The paper presents methods for measurement of convective heat transfer distributions in a cold flow, supersonic blowdown wind tunnel. The techniques involve use of the difference between model surface temperature and adiabatic wall temperature as the driving temperature difference for heat transfer and no active heating or cooling of the test gas or model is required. Thermochromic liquid crystals are used for surface temperature indication and results presented from experiments in a Mach 3 flow indicate that measurements of the surface heat transfer distribution under swept shock wave boundary layer interactions can be made. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Boundary-layer transition measurements in hypervelocity flows in a shock tunnel

Experiments to investigate the transition process in hypervelocity boundary layers were performed in the T4 free-piston shock tunnel. An array of thin-film heat-transfer gauges was used to detect the location and extent of the transitional region on a 1500 mm long x 120 turn wide flat plate, which formed one of the walls of a duct. The experiments were performed in a Mach 6 flow of air with 6- and 12-MJ/kg nozzle-supply enthalpies at unit Reynolds numbers ranging from 1.6 x 10(6) to 4.9 x 10(6) m(-1). The results show that the characteristics typical of transition taking place through the initiation, growth, and merger of turbulent spots are evident in the heat-transfer signals. A 2-mm-high excrescence located 440 turn from the leading edge was found to be capable of generating a turbulent wedge within an otherwise laminar boundary layer at a unit Reynolds number of 2.6 x 10(6) m(-1) at the 6-MJ/kg condition. A tripping strip, located 100 mm from the leading edge and consisting of a line 37 teeth of 2 rum height equally spaced and spanning the test surface, was also found to be capable of advancing the transition location at the same condition and at the higher enthalpy condition.

Shock standoff on hypersonic blunt bodies in nonequilibrium gas flows

This paper presents a new theory of hypersonic blunt-nose shock standoff, based on a compressibility coordinate transformation for inviscid flow. It embraces a wide range of nonequilibrium shock-layer chemistry and gas mixtures including ionization and freestream dissociation. An extended binary scaling property of the analysis is also demonstrated. Specific application is made here to the family of arbitrarily diluted dissociating diatomic gases, with parametric study results presented for the scaled shock standoff distance as a function of an appropriate blunt-nose region Damkohler number. Comparisons with other theories and data in the case of nitrogen are also given and discussed.

For Your Freedom and Ours: The Polish Question in Wilson's Peace Initiatives, 1916 - 1917

The first eighteen months of the Great War witnessed an unprecedented awakening of interest in the Polish Question, when worldwide attention was drawn to the prolonged devastation of the Polish territories. Thereafter, a steady increase in media comment and criticism, highlighting Poland's plight, fostered public indignation at the continual stalling of humanitarian relief efforts for Polish refugees. Such burgeoning popular sentiment focused wider political attention upon a growing movement for recognition of Polish claims to independence. This particularly proved to be the case for Woodrow Wilson and his administration's budding interest in Poland. Subsequently, nowhere did the Polish Question assume a greater role in diplomatic efforts to mediate for peace than in America, and at no time more than during the year preceding the President's hesitant decision to intervene in hostilities.

Modelação e concepção da carroçaria do veículo eléctrico ecológico (VEECO)

Neste trabalho aborda-se o desenvolvimento da carroçaria do Veículo Eléctrico Ecológico – VEECO recorrendo a tecnologias assistidas por computador. Devido à impossibilidade de abranger toda a temática das tecnologias assistidas por computador, associadas ao desenvolvimento de uma carroçaria automóvel, o foco deste trabalho assenta no processo de obtenção de um modelo digital válido e no estudo do desempenho aerodinâmico da carroçaria. A existência de um modelo digital válido é a base de qualquer processo de desenvolvimento associado a tecnologias assistidas por computador. Neste sentido, numa primeira etapa, foram aplicadas e desenvolvidas técnicas e metodologias que permitem o desenvolvimento de uma carroçaria desde a sua fase de “design” até à obtenção de um modelo digital CAD. Estas abrangem a conversão e importação de dados, a realização de engenharia inversa, a construção/reconstrução CAD em CATIA V5 e a preparação/correcção de modelos CAD para a análise numérica. Numa segunda etapa realizou-se o estudo da aerodinâmica exterior da carroçaria, recorrendo à ferramenta de análise computacional de fluidos (CFD) Flow Simulation da CosmosFloworks integrado no programa SolidWorks 2010. Associado à temática do estudo aerodinâmico e devido à elevada importância da validação dos resultados numéricos por meio de dados experimentais, foi realizado o estudo de análise dimensional que permite a realização de ensaios experimentais à escala, bem como a análise dos resultados experimentais obtidos.

Sistemas hápticos no apoio à educação: estudo da aerodinâmica

É considerado um dos problemas na educação o facto de a aprendizagem poder ser muito baseada no uso da teoria. Sendo as experiências do ser humano uma grande parte da forma como vemos e vivemos o mundo, torna-se imprescindível o hábito da prática na formação do nosso conhecimento. Embora a teoria seja sempre necessária na construção de conceitos, deve ser complementada com a experiência de forma a consolidar a aprendizagem para melhor noção da realidade. Esta dissertação descreve uma didáctica para a integração de dispositivos hápticos aplicados à educação, concebendo assim um novo e inovador método de ensino aliado à prática. Dependendo da aceitação por parte dos alunos, este método de uso de tecnologia na educação para fins práticos pode revelar-se revolucionário. Experiências que seriam difíceis de realizar tornam-se possíveis de simular de uma forma real com a ajuda dos sistemas hápticos, em que a variedade de matérias que as aplicações podem simular é vasta. Especificamente, este trabalho fundamenta-se no estudo da aerodinâmica no voo com recurso a uma aplicação desenvolvida para o efeito e à potencialidade do aparelho háptico Novint Falcon, um interface sensorial táctil entre uma pessoa e um computador, de custo relativamente baixo em relação à generalidade dos preços deste tipo de dispositivos. Os testes que estudantes realizaram à aplicação revelaram grande interesse e curiosidade pela novidade da tecnologia háptica e apreciação no conceito do seu uso prático na educação. De forma geral, todos os alunos que participaram no ensaio do programa transmitiram feedback positivo, expressando maior ganho de motivação e desejo em ver este sistema aplicado a outras disciplinas.

Application of fractional algorithms in the control of a robotic bird

In this paper, it is studied the dynamics of the robotic bird in terms of time response and robustness. It is analyzed the wing angle of attack and the velocity of the bird, the tail influence, the gliding flight and the flapping flight. The results are positive for the construction of flying robots. The development of computational simulation based on the dynamic of the robotic bird should allow testing strategies and different algorithms of control such as integer and fractional controllers.

Strap repairs using embedded patches: numerical analysis and experimental results

Adhesively bonded repairs offer an attractive option for repair of aluminium structures, compared to more traditional methods such as fastening or welding. The single-strap (SS) and double-strap (DS) repairs are very straightforward to execute but stresses in the adhesive layer peak at the overlap ends. The DS repair requires both sides of the damaged structures to be reachable for repair, which is often not possible. In strap repairs, with the patches bonded at the outer surfaces, some limitations emerge such as the weight, aerodynamics and aesthetics. To minimize these effects, SS and DS repairs with embedded patches were evaluated in this work, such that the patches are flush with the adherends. For this purpose, in this work standard SS and DS repairs, and also with the patches embedded in the adherends, were tested under tension to allow the optimization of some repair variables such as the overlap length (LO) and type of adhesive, thus allowing the maximization of the repair strength. The effect of embedding the patch/patches on the fracture modes and failure loads was compared with finite elements (FE) analysis. The FE analysis was performed in ABAQUS® and cohesive zone modelling was used for the simulation of damage onset and growth in the adhesive layer. The comparison with the test data revealed an accurate prediction for all kinds of joints and provided some principles regarding this technique.

Projeto e dimensionamento da tampa de ventilação de um motor elétrico

Nos dias de hoje a indústria tenta tornar-se cada vez mais competitiva baixando os custos de produção e aumentando a eficiência do produto. O presente trabalho visa desenvolver uma tampa de ventilação de um motor elétrico mais competitiva mas que cumpra com o desempenho mecânico e eficiência solicitados. Para tal, começou-se por analisar alguns motores elétricos e as suas aplicações. Seguidamente apresentam-se conceitos sobre aerodinâmica e processos de fabrico que permitem apoiar as opções tomadas ao longo do estudo. Após o fundamento teórico é apresentado todo o processo de desenvolvimento de uma nova peça. Recorrendo a softwares como o solidworks e Ansys, realizou-se uma análise analítica que permitiu validar as alterações propostas na tampa de ventilação. Foram, ainda, realizadas análises experimentais com o intuito de consolidar os resultados obtidos analiticamente e garantir que o componente cumpria os requisitos impostos por organizações internacionais ligadas à indústria do oil and gas. A primeira das análises experimentais realizada testa a capacidade do material resistir ao impacto de componentes de pequenas dimensões. Esta analise permitiu garantir a utilização da tampa de ventilação em todas as áreas sem limites de normalização. A segunda permite analisar experimentalmente as alterações de design assim como testar alguns trabalhos futuros. Esta análise permitiu definir se no novo projeto da tampa desenvolvido deveria comtemplar uma alteração do diâmetro da entrada de ar da tampa de ventilação. Como resultados aparecem as decisões tomadas na presente tese, assim como analisar as metas que foram atingidas e que melhorias se pretende atingir de futuro tentando visar novas metas. Os resultados obtidos permitiram definir uma nova tampa de ventilação com a nova que irá beneficiar a empresa na sua competitividade no mercado mantendo a performance do motor.

A method to correct the flow distortion of offshore wind data using CFD simulation and experimental wind tunnel tests

The assessment of wind energy resource for the development of deep offshore wind plants requires the use of every possible source of data and, in many cases, includes data gathered at meteorological stations installed at islands, islets or even oil platforms—all structures that interfere with, and change, the flow characteristics. This work aims to contribute to the evaluation of such changes in the flow by developing a correction methodology and applying it to the case of Berlenga island, Portugal. The study is performed using computational fluid dynamic simulations (CFD) validated by wind tunnel tests. In order to simulate the incoming offshore flow with CFD models a wind profile, unknown a priori, was established using observations from two coastal wind stations and a power law wind profile was fitted to the existing data (a=0.165). The results show that the resulting horizontal wind speed at 80 m above sea level is 16% lower than the wind speed at 80 m above the island for the dominant wind direction sector.

Memòria justificativa de l'estada de recerca

Estudi elaborat a partir d’una estada a l’Associação para o Desenvolvimento da Aerodinânica Industrial (ADAI) de la Universitat de Coimbra, Portugal, entre març i juliol de 2006. Aquesta disposa d'un laboratori d'assaigs i té medis suficients per a cremar de manera controlada parcel•les prèviament delimitades en terreny forestal. Això permet observar el fenomen dels incendis forestals a dues escales de treball diferents. L’objectiu ha estat l’obtenció de dades experimentals sobre la propagació de fronts de flames que avancen sobre combustible tractat amb retardants sota l’efecte del pendent o el vent. S’ha participat en proves experimentals de camp i se n’han realitzat dues en instal•lacions de laboratori en què l’efecte del pendent o de la velocitat del vent podia ser variat. Degut a l’elevat nombre de variables que entren en joc l’anàlisi acurada de les dades encara està en procés.

Developing discontinuous Galerkin methods for the resolution of the incompressible Navier-Stokes equations

Informe de investigación elaborado a partir de una estancia en el Laboratorio de Diseño Computacional en Aeroespacial en el Massachusetts Institute of Technology (MIT), Estados Unidos, entre noviembre de 2006 y agosto de 2007. La aerodinámica es una rama de la dinámica de fluidos referida al estudio de los movimientos de los líquidos o gases, cuya meta principal es predecir las fuerzas aerodinámicas en un avión o cualquier tipo de vehículo, incluyendo los automóviles. Las ecuaciones de Navier-Stokes representan un estado dinámico del equilibrio de las fuerzas que actúan en cualquier región dada del fluido. Son uno de los sistemas de ecuaciones más útiles porque describen la física de una gran cantidad de fenómenos como corrientes del océano, flujos alrededor de una superficie de sustentación, etc. En el contexto de una tesis doctoral, se está estudiando un flujo viscoso e incompresible, solucionando las ecuaciones de Navier- Stokes incompresibles de una manera eficiente. Durante la estancia en el MIT, se ha utilizado un método de Galerkin discontinuo para solucionar las ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles usando, o bien un parámetro de penalti para asegurar la continuidad de los flujos entre elementos, o bien un método de Galerkin discontinuo compacto. Ambos métodos han dado buenos resultados y varios ejemplos numéricos se han simulado para validar el buen comportamiento de los métodos desarrollados. También se han estudiado elementos particulares, los elementos de Raviart y Thomas, que se podrían utilizar en una formulación mixta para obtener un algoritmo eficiente para solucionar problemas numéricos complejos.