Dissertação

{en_GB=Design, Construction, Calibration and Testing of a Wind Tunnel Force Balance} {} EVALUATED

{pt=Atividades experimentais são essenciais na indústria aeroespacial, sendo os tuneis de vento o equipamento mais utilizado para a validação. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo dotar o túnel de vento do Laboratório de Engenharia Aeroespacial do Instituto Superior Técnico com uma balança aerodinâmica capaz de medir forças e momentos. O projeto da balança foi adaptado de um dimensionamento já existente segundo uma plataforma de Stewart, mas reajustado para as necessidades atuais. A modelação e validação do projeto mecânico foi feita inicialmente de forma computacional usando o SolidWorks, sendo procedido alguns testes experimentais. Além da construção, também foi feita a instrumentação da balança para medir forças e momentos e outras grandezas adicionais, tais como velocidade, temperatura e atitude. Para tal, foram usados extensómetros e outros sensores, e um interface com o utilizador em LabVIEW foi criado para visualização em tempo real e gravação dos resultados. Para tornar as medições da balança fiáveis, foi executada uma calibração estática onde são relacionadas cargas conhecidas com a resposta dos extensómetros. Usando estes dados e o método dos mínimos quadrados com um polinómio de segundo grau, uma matriz de coeficientes de calibração foi obtida para as componentes aerodinâmicas. Por fim, foi realizado um ensaio experimental com um modelo da asa traseira de um carro de corrida para confirmar a otimização de CL/CD quando usado placas laterais de perfil curvas em vez de perfil reto. A influencia da velocidade no desempenho da asa traseira é também analisada e é feita uma comparação com o CFD. , en=Experimental activities are essential in the aerospace industry, with wind tunnels being the most used devices in the validation of concepts and design. Therefore, this work aims to endow the Aerospace Engineering Laboratory at Instituto Superior Técnico with an aerodynamic balance capable of measuring forces and moments. The balance follows an existing Stewart platform configuration design, here readjusted to the current requirements. The design and validation of mechanical performance were initially done computationally using SolidWorks, then some experimental tests were performed for verification. In addition to the construction, the instrumentation of the balance was necessary to compute forces and moments, as well as additional quantities for the tests, such as speed, temperature and attitude. To this end, strain gauges and several sensors were studied and implemented. The balance user interface was done in LabVIEW. To make the balance as accurate as possible, a static calibration was performed to relate the application of well-known loads on the balance with the response of the strain gauges. This way, it was possible to obtain a matrix with calibration coefficients for all aerodynamic components using the collected data and the least squares method with a second-order polynomial. Finally, an experimental test was performed with a model of the rear wing of a racing car to confirm the optimisation in CL/CD when using endplates with a curved profile instead of a flat profile. The influence of velocity in the rear wing performance was also analysed and a comparison with CFD was carried out. }
{pt=Túnel de vento, Balança de força aerodinâmica, Projeto mecânico, Sensores e instrumentação, Calibração, Ensaios experimentais, en=Wind tunnel, Aerodynamic force balance, Mechanical design, Sensors and instrumentation, Calibration, Experimental tests}

Setembro 28, 2020, 9:0

Orientação

ORIENTADOR

João Pedro Ribeiro Marques

Especialista

ORIENTADOR

André Calado Marta

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar