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ANANANANÁÁÁÁLISE E PROJETOLISE E PROJETOLISE E PROJETOLISE E PROJETODE AEROFDE AEROFDE AEROFDE AEROFÓÓÓÓLIOSLIOSLIOSLIOS
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Projeto AerodinâmicoProjeto Aerodinâmico
SukkoiSukkoi SuSu--2727
Apresentado por : Francisco Apresentado por : Francisco PalazzoPalazzo NetoNetoIdealizado por: AndrIdealizado por: Andréé VanVan SchepopSchepop
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MotivaMotivaççãoão
North American PNorth American P--51 Mustang51 Mustang
• Usou-se perfis laminares inéditos – Projeto secreto da NACA (NASA).
• Responsável por quase metade dos aviões alemães abatidos na Segunda Guerra Mundial.
• GANHO DE DESEMPENHO!!!
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MotivaMotivaççãoão
VoughtVought FF--8A Crusader8A Crusader
• Surgimento dos Perfis supercriticos.
• Minimização do arrasto de onda do escoamento transônico.
•GANHO DE DESEMPENHO!!!
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CompetiCompetiçção SAE ão SAE AerodesignAerodesign
PORQUE O PERFIL SELIG 1223 ?PORQUE O PERFIL SELIG 1223 ?
Quando,em que regra, e para que Quando,em que regra, e para que Asa/AviãoAsa/Avião o o SeligSelig 1223 foi projetado ?1223 foi projetado ?
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SeligSelig 12231223
•• 2002 2002 –– A A áárea sombreada não rea sombreada não éé mais limitada.mais limitada.
-- Quais são os impactos?Quais são os impactos?
-- Novas AnNovas Anáálises de projeto. lises de projeto.
-- Visão multidisciplinar.Visão multidisciplinar.
QUAIS SÃO OS REQUISITOS QUAIS SÃO OS REQUISITOS ATUAIS DE PROJETO ?ATUAIS DE PROJETO ?
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Exemplos anterioresExemplos anteriores
-- Possibilidades de melhorias:Possibilidades de melhorias:
SeligSelig 12231223 ATAT-- A2004A2004
AerodinâmicasAerodinâmicas EstruturaisEstruturais
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Exemplos anterioresExemplos anteriores
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Fundamentos da AnFundamentos da Anááliselise
VARIÁVEIS OBSERVADAS• Arqueamento máx %c• Posição do arqueamento máx %c• Espessura máx %c• Posição da espessura máx %c• Raio de Bordo de Ataque• Gap do Bordo de Fuga
CONCEITUAIS•Bordo de ataque•Bordo de fuga•Corda•Linha Média •Extradorso•Intradorso
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Fundamentos da AnFundamentos da Anááliselise
COEFICIENTES ADIMENSIONAISCOEFICIENTES ADIMENSIONAIS
Sq
LCL
∞
≡Sq
DCD
∞
≡Scq
MCM
∞
=
2
2
1∞∞∞
≡ Vq ρ
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COEFICIENTES ADIMENSIONAISCOEFICIENTES ADIMENSIONAIS
∞
∞−
≡q
ppc p
∞
≡q
c f
τ
Fundamentos da AnFundamentos da Anááliselise
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Camada LimiteCamada Limite
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Influência do No de ReynoldsInfluência do No de Reynolds
Re = 0.16, Creeping Flow, Steady, Symmetric StreamlinesRe = 0.16, Creeping Flow, Steady, Symmetric Streamlines
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Influência do No de ReynoldsInfluência do No de Reynolds
Re =1.54, Laminar Flow, Steady, No Fore/Aft SymmetryRe =1.54, Laminar Flow, Steady, No Fore/Aft Symmetry
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Influência do No de ReynoldsInfluência do No de Reynolds
Re =26, Laminar Flow, Steady, Separated FlowRe =26, Laminar Flow, Steady, Separated Flow
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Influência do No de ReynoldsInfluência do No de Reynolds
Re =140, Unsteady Transitional Flow, Re =140, Unsteady Transitional Flow, KarmanKarman Vortex StreetVortex Street
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Influência do No de ReynoldsInfluência do No de Reynolds
Re =2000, Unsteady, Turbulent FlowRe =2000, Unsteady, Turbulent Flow
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Influência do No de ReynoldsInfluência do No de Reynolds
Re =10000, Unsteady, Turbulent FlowRe =10000, Unsteady, Turbulent Flow
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Fundamentos da AnFundamentos da Anááliselise
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Fundamentos da AnFundamentos da Anááliselise
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Fundamentos da AnFundamentos da Anááliselise
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Modelos de EscoamentoModelos de Escoamento
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O CO Cóódigo XFOILdigo XFOIL
�XFOIL:
��Utiliza o mUtiliza o méétodo dos paintodo dos painééis com is com vorticidadevorticidade linear linear (escoamento (escoamento invinvííscidoscido) com a corre) com a correçção de ão de compressibilidade de compressibilidade de KKáármrmáánn--TsienTsien. .
��A camada viscosa A camada viscosa éé representada por duas representada por duas equaequaçções integrais superpostas ao escoamento ões integrais superpostas ao escoamento potencial. potencial.
��Todas as equaTodas as equaçções de camada limite, de transiões de camada limite, de transiçção e ão e de escoamento de escoamento invinvííscidoscido são solucionadas por um são solucionadas por um mméétodo numtodo numéérico global derico global de NewtonNewton..
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O CO Cóódigo XFOILdigo XFOIL
�� MMÓÓDULOS DO XFOIL DULOS DO XFOIL
1 1 -- OPER :OPER : AnAnááliselise
2 2 -- GDES:GDES: Projeto GeomProjeto Geoméétricotrico –– MMéétodo Diretotodo Direto
3 3 -- MDES:MDES: Curva de PressãoCurva de Pressão –– MMéétodo Inversotodo Inverso
4 4 -- QDES:QDES: Curva de VelocidadeCurva de Velocidade –– MMéétodo Inversotodo Inverso
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MMóódulo de Andulo de Anáálise: OPERlise: OPER
-- EXEMPLOS DE APLICAEXEMPLOS DE APLICAÇÇÃOÃO
Curva Curva ClCl x x ααPolar de ArrastoPolar de ArrastoCamada LimiteCamada LimiteIdentificaIdentificaçção das regiões que originam o arrastoão das regiões que originam o arrastoCurva Curva CpCp x x CordaCorda ((IntradorsoIntradorso e e ExtradorsoExtradorso))Vetores de PressãoVetores de Pressão
SUBSUB--MMÓÓDULO VPLO: Camada LimiteDULO VPLO: Camada Limite
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MMóódulo OPERdulo OPER
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MMóódulo de Projeto Direto: GDESdulo de Projeto Direto: GDES
MODIFICAMODIFICAÇÇÃO DIRETA DE VÃO DIRETA DE VÁÁRIOS PARÂMETROSRIOS PARÂMETROS::
•• Arqueamento mArqueamento mááx %cx %c
•• PosiPosiçção do arqueamento mão do arqueamento mááx %cx %c
•• Espessura mEspessura mááx %cx %c
•• PosiPosiçção da espessura mão da espessura mááx %cx %c
•• Raio de Bordo de AtaqueRaio de Bordo de Ataque
•• GapGap do Bordo de Fuga do Bordo de Fuga (melhoria da convergência num(melhoria da convergência numéérica)rica)
•• ModificaModificaçção via cursor: ão via cursor:
Contorno, L. Arqueamento, L. EspessuraContorno, L. Arqueamento, L. Espessura
•• ETCETC
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MMóódulo GDESdulo GDES
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MMóódulos de Projeto Inverso: dulos de Projeto Inverso: MDESMDES e QDESe QDES
Projeto InversoProjeto Inverso
•• AtravAtravéés de modificas de modificaçções da curva de pressão o perfilões da curva de pressão o perfil
éé redesenhado pelo software.redesenhado pelo software.
-- ModificaõesModificaões diretas (diretas (modimodi))
-- Suavizar o escoamento local (Suavizar o escoamento local (smoothsmooth))
-- Observar ângulo de ataque de anObservar ângulo de ataque de anááliselise
-- CCáálculos inversos do XFOIL lculos inversos do XFOIL despresamdespresam a viscosidadea viscosidade
-- Necessidade de verificaNecessidade de verificaçção no mão no móódulo OPERdulo OPER
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MMóódulos dulos MDESMDES e QDESe QDES
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Outras MetodologiasOutras Metodologias
�������� PROJETO ITERATIVOPROJETO ITERATIVO
•• UtilizaUtiliza--se tse téécnicas de projeto DIRETO e INVERSOcnicas de projeto DIRETO e INVERSO
alternadamentealternadamente
•• Na lista oficial de discussão sobre o cNa lista oficial de discussão sobre o cóódigo jdigo jáá se falouse falou
em 200 horas de projeto para o perfil de um planadorem 200 horas de projeto para o perfil de um planador
�� [email protected]@yahoogroups.com -- mais de 2000 participantesmais de 2000 participantes
MarkMark DrellaDrella (MIT) participa ativamente das discussões.(MIT) participa ativamente das discussões.
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Dica: SubDica: Sub--MMóódulo VPLOdulo VPLO
IdentificaIdentificaçção das regiõesão das regiõesque dão origem ao arrasto!que dão origem ao arrasto!
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EXEMPLO DE APLICAEXEMPLO DE APLICAÇÇÃOÃO
2001 2001 –– MONOPLANOMONOPLANO
�� Utilizado apenas o projeto diretoUtilizado apenas o projeto direto
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FEDERAL UNIVERSITY OF UBERLÂNDIA FEDERAL UNIVERSITY OF UBERLÂNDIA SCHOOL OF MECHANICAL ENGINEERINGSCHOOL OF MECHANICAL ENGINEERING
Contacts:
Team Leader: Francisco Palazzo [email protected]
Advisor: Prof. Domingos Alves [email protected]
UNDERGRADUATE PROJECTS DEVELOPED AT THE FEDERAL UNIVERSITY OF UBERLÂNDIA IN THE
CONTEXT OF THE SAE AERO DESIGN COMPETITION
Blacksburg, VA, September, 2004.
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Conceptual Design Conceptual Design -- 20012001
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Airplane ConstructionAirplane Construction -- 2001 2001
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2001 2001 CompetitionCompetition
![Page 38: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/38.jpg)
2001 2001 CompetitionCompetition
Team Tucano classified 9th/40 teams
Best of the beginners
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2001: Reynolds de Projeto: Re = 3000002001: Reynolds de Projeto: Re = 300000
![Page 40: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/40.jpg)
EXEMPLO DE APLICAEXEMPLO DE APLICAÇÇÃOÃO
2002 2002 –– MONOPLANOMONOPLANO
SEMI ASAS MSEMI ASAS MÓÓVEISVEIS““VAoAVAoA WingWing””
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ConceptualConceptual Design Design -- 20022002
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2002 Competition 2002 Competition
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Team Tucano classified 9th/49 teams
2002 Competition 2002 Competition
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2002: Reynolds de Projeto: Re = 2500002002: Reynolds de Projeto: Re = 250000
![Page 45: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/45.jpg)
2002: Reynolds de Projeto: Re = 2500002002: Reynolds de Projeto: Re = 250000
![Page 46: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/46.jpg)
2002: Reynolds de Projeto: Re = 2500002002: Reynolds de Projeto: Re = 250000
![Page 47: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/47.jpg)
EXEMPLO DE APLICAEXEMPLO DE APLICAÇÇÃOÃO
2003 2003 –– BIPLANOBIPLANO
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ConceptualConceptual DesignDesign-- 2003 2003
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AirplaneAirplane ConstructionConstruction -- 2003 2003
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2003 2003 CompetitionCompetition
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2003 2003 CompetitionCompetition
![Page 52: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/52.jpg)
2003: Reynolds de Projeto: Re = 4000002003: Reynolds de Projeto: Re = 400000
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2003: Re = 4000002003: Re = 400000
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2003: Re = 4000002003: Re = 400000
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EXEMPLO DE APLICAEXEMPLO DE APLICAÇÇÃOÃO
2004 2004 –– MONOPLANOMONOPLANO
SEMI ASAS MSEMI ASAS MÓÓVEISVEIS““VAoAVAoA WingWing””
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Conceptual Design Conceptual Design -- 2004 2004
![Page 57: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/57.jpg)
2004 2004 AirplaneAirplane ConstructionConstruction
![Page 58: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/58.jpg)
VARIABLE ANGLE OF VARIABLE ANGLE OF
ATTACK WING PROJECTATTACK WING PROJECT
2004 2004 CompetitionCompetition
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Movable Wing Idea Movable Wing Idea
Project goal:Project goal:To carry a maximum payload taking into To carry a maximum payload taking into account the competition rulesaccount the competition rules
Consequence:Consequence:under the maximum payload the under the maximum payload the airplane takesairplane takes--off in a preoff in a pre--stall stall condition at a very low speedcondition at a very low speed
Design requirement:Design requirement:Low drag in theLow drag in therunway to achieve a higher runway to achieve a higher taketake--off speedoff speed
Our Solution:Our Solution:Variable Angle of Attack (Variable Angle of Attack (VAoA)WingVAoA)Wing
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Conceptual DesignConceptual Design
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Aerodynamic Design and Analysis
•• Tools: Analytical and Computational Tools: Analytical and Computational
-- Airfoils for Wing, H.T. and V.T.Airfoils for Wing, H.T. and V.T.
-- Winglets Winglets
-- Aircraft Aerodynamic ParametersAircraft Aerodynamic Parameters
-- FuselageFuselage
-- Airplane Drag PredictionAirplane Drag Prediction
•• Design Sequence:Design Sequence:
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A. D. – Wing Airfoil Design
VAoAVAoA WingWing and Structuraland Structural
Requirements:Requirements:
Performance RequirementsPerformance Requirements
Aerodynamic RequirementsAerodynamic Requirements
-- Low CLow CDD at low at low AoAAoA
-- Low CLow CD D andand Low CLow CM M
-- HighHigh IxxIxx. . IyyIyy andand JJ
--Solutions: Solutions: -- High SHigh SWW andand Low CLow CLL
-- Low SLow SWW and High Cand High CLL
-- High Stall AngleHigh Stall Angle
-- LowLow SSW W duedue to to maxmax. . spanspan limitationlimitation
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A. D. – Wing Airfoil Design
XFOIL TOOLSXFOIL TOOLS
Geometric Geometric
DesignDesignInverse DesignInverse Design
Boundary Layer Boundary Layer
Analysis (VPLO SubAnalysis (VPLO Sub--
Routine)Routine)SeligSelig 12231223
Designed Airfoil: ATDesigned Airfoil: AT--W2004W2004
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A. D. – Wing Airfoil Design
![Page 65: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/65.jpg)
A. D. – Wing Airfoil Design
NumericalNumerical ResultsResults
BoundaryBoundary LayerLayer
PressurePressure DistributionDistribution
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A. D. – V.T., H.T. & winglet Airfoils
PSU 94PSU 94--097 Airfoil097 Airfoil
Horizontal Tail: ATHorizontal Tail: AT--P2004 P2004
Vertical Tail: ATVertical Tail: AT--L2004 L2004
Winglet: ATWinglet: AT--WLT2004 WLT2004
![Page 67: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/67.jpg)
A. D. – Other Airfoils Design
![Page 68: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/68.jpg)
A. D. – Rudder Design
AnalysisAnalysis of of HingeHinge PositionPosition : AT: AT--L2004 L2004
HingeHinge : :
0.65c0.65c
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A. D. – Winglet Design
•• AirfoilAirfoil Design: XFOIL:Design: XFOIL:
•• Geometric DesignGeometric Design : TORNADO: : TORNADO: VortexVortex LatticeLattice MethodMethod
Design Variables: A.R. ; Sweep Angle; Toe AngleDesign Variables: A.R. ; Sweep Angle; Toe Angle
![Page 70: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/70.jpg)
A. D. – Results of Winglet Design
![Page 71: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/71.jpg)
EXEMPLO DE APLICAEXEMPLO DE APLICAÇÇÃOÃO
2005 2005 –– TRIPLANOTRIPLANO
![Page 72: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/72.jpg)
2005 2005 -- ConceitualConceitual
![Page 73: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/73.jpg)
Asa 2005: Reynolds de Projeto: 270000Asa 2005: Reynolds de Projeto: 270000
![Page 74: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/74.jpg)
H.T. 2005 H.T. 2005 –– Reynolds de Projeto: 180000Reynolds de Projeto: 180000
![Page 75: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/75.jpg)
V.T.V.T. 2005 2005 –– Reynolds de Reynolds de PojetoPojeto: 200000: 200000
![Page 76: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/76.jpg)
PRJ 2005 PRJ 2005 -- AnAnáálises interessanteslises interessantes
![Page 77: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/77.jpg)
PRJ 2005 PRJ 2005 -- AnAnáálises interessanteslises interessantes
y = 0,2772Ln(x) + 0,7197
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 200 400 600 800 1000 1200
% da corda entre asas
CL CL
Log. (CL)
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PRJ 2005 PRJ 2005 -- AnAnáálises interessanteslises interessantes
∑=
⋅⋅
⋅⋅−−=
4
1
2
,2)(
i
iL
ii
iiDDm CqSw
KzzCC α
ααα
![Page 79: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/79.jpg)
Open Open ClassClass: An: Anáálises para lises para Re=550000Re=550000
![Page 80: Análise e projeto de Aerofólios](https://reader033.vdocuments.com.br/reader033/viewer/2022042522/55cf9975550346d0339d8369/html5/thumbnails/80.jpg)
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