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@MastersThesis{OspinaContreras:2017:AnAtIm,
               author = "Ospina Contreras, Daimer Mauthsud Leovan",
                title = "Angle of attack impact in the aerothermodynamics of a hypersonic 
                         vehicle with surface discontinuity-like a cavity",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2017",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2017-04-19",
             keywords = "computational study, DSMC method, hypersonic rarefied flow, 
                         aerothermodynamic, angle of attack, estudo computacional, metodo 
                         DSMC, fluido hipers{\'o}nico enrarecido, aerotermodin{\'a}mica, 
                         angulo de ataque.",
             abstract = "The study described in this dissertation was undertaken with the 
                         purpose to investigate the impact of discontinuities present on 
                         the surface of hypersonic space vehicles. With this perspective in 
                         mind, computational simulations of a non-reacting rarefied 
                         hypersonic flow over a flat plate with a cavity have been 
                         performed by using the Direct Simulation Monte Carlo method. 
                         Simulations provided a comprehensive description about the nature 
                         of the flowfield structure and the aerodynamic surface properties 
                         on the cavity resulting from changes in the length-to-depth (L/H) 
                         ratio and changes in the angle of attack of the oncoming flow. A 
                         detailed description of the flowfield properties (velocity, 
                         density, pressure and temperature) and aerodynamics surface 
                         properties (number flux, heat transfer, pressure and skin 
                         friction) were obtained by a numerical method that properly 
                         account for non-equilibrium effects in the transition flow regime. 
                         Results for a cavity defined by L/H ratio of 1, 2, 3 and 4, and 
                         flow with angle of attack of 10, 15 and 20 degrees, were compared 
                         to those of a flat plate without a cavity with zero-degree angle 
                         of incidence and with a flat plate at incidence. The analysis 
                         showed that the flow topology inside the cavity, composed by 
                         recirculation regions, depended on the L/H ratio as well as on the 
                         angle of attack, for the conditions investigated. For L/H < 3 a 
                         single vortex core was formed, and filled entirely the cavity. In 
                         contrast, for L/H of 3 and 4, two vortices were formed inside the 
                         cavity, at the vicinity of the backward and forward faces. The 
                         analysis also showed that, for the L/H = 4 case, the flow topology 
                         inside the cavity corresponds to that of a \${''}\$closed 
                         cavity\${''}\$ in the continuum flow regime for 10-degree angle 
                         of incidence, and similar to an open cavity for the others angles 
                         of attack investigated. In addition, it was found that the maximum 
                         values for the heat transfer, pressure and skin friction 
                         coefficients inside the cavity took place on the cavity forward 
                         face. It was also found that, maximum values for heat transfer 
                         coefficient inside the cavities increased with increasing the 
                         angle of attack \$\alpha\$. However, it was observed that these 
                         maximum values are smaller than those observed in a flat-plate 
                         without a cavity for the corresponding angle of attack. 
                         Consequently, in terms of pressure, the presence of the cavity on 
                         the vehicle surface can not be ignored in the vehicle design. 
                         RESUMO: O estudo descrito nesta disserta{\c{c}}{\~a}o foi 
                         realizado com o prop{\'o}sito de investigar o impacto de 
                         descontinuidades presentes na superf{\'{\i}}cie de 
                         ve{\'{\i}}culos espaciais hipers{\^o}nicos. Em busca deste 
                         prop{\'o}sito, simula{\c{c}}{\~o}es computacionais de um 
                         escoamento hipers{\^o}nico rarefeito n{\~a}o-reativo sobre uma 
                         cavidade foram realizadas usando-se o m{\'e}todo Direct 
                         Simulation Monte Carlo. As simula{\c{c}}{\~o}es forneceram 
                         informa{\c{c}}{\~o}es detalhadas sobre a natureza da estrutura 
                         do escoamento, propriedades prim{\'a}rias e propriedades 
                         aerodin{\^a}micas, em fun{\c{c}}{\~a}o de mudan{\c{c}}as na 
                         raz{\~a}o comprimento-profundidade (L/H) da cavidade, e 
                         mudan{\c{c}}as no {\^a}ngulo de ataque do escoamento incidindo 
                         sobre a cavidade. Uma descri{\c{c}}{\~a}o detalhada, das 
                         propriedades prim{\'a}rias (velocidade, massa 
                         espec{\'{\i}}fica, press{\~a}o e temperatura) e das quantidades 
                         aerodin{\^a}mica na superf{\'{\i}}cie (transfer{\^e}ncia de 
                         calor, press{\~a}o e atrito), foi obtida por um m{\'e}todo 
                         num{\'e}rico que leva em conta adequadamente os efeitos de 
                         n{\~a}o-equil{\'{\i}}brio no regime de transi{\c{c}}{\~a}o. 
                         Os resultados, para cavidades definidas por L/H de 1, 2, 3 e 4, 
                         com {\^a}ngulos de ataque do escoamento de 10, 15 e 20 graus, 
                         foram comparados com os de uma placa plana sem/com a 
                         presen{\c{c}}a de cavidade sem/com incid{\^e}ncia. A 
                         an{\'a}lise mostrou que a topologia do escoamento dentro da 
                         cavidade, composta por regi{\~o}es de 
                         recircula{\c{c}}{\~a}o,dependeu da raz{\~a}o L/H bem como do 
                         {\^a}ngulo de ataque do escoamento, para as condi{\c{c}}{\~o}es 
                         investigadas. Para L/H < 3, observou-se a forma{\c{c}}{\~a}o de 
                         um {\'u}nico v{\'o}rtice ocupando inteiramente a cavidade. Para 
                         cavidade com L/H =3 e 4, dois v{\'o}rtices foram formados dentro 
                         da cavidade, nas vizinhan{\c{c}}as das faces a montante e a 
                         jusante da cavidade. A an{\'a}lise tamb{\'e}m mostrou que, para 
                         uma cavidade com L/H = 4 e 10 graus de incid{\^e}ncia, a 
                         estrutura do escoamento dentro da cavidade correspondeu aquela de 
                         uma cavidade fechada , conforme definido para um escoamento no 
                         regime do cont{\'{\i}}nuo. Por outro lado, para L/H = 4 e 
                         maiores {\^a}ngulos de incid{\^e}ncia, a estrutura do escoamento 
                         correspondeu aquela de uma cavidade aberta , para os {\^a}ngulos 
                         de ataque investigados. Outrossim, verificou-se que os valores 
                         m{\'a}ximos para os coeficientes de transfer{\^e}ncia de calor, 
                         press{\~a}o e coeficiente de atrito ocorreram na 
                         superf{\'{\i}}cie a montante do escoamento dentro da cavidade. 
                         Verificou-se tamb{\'e}m que, os valores m{\'a}ximos para o 
                         coeficiente de transfer{\^e}ncia de calor dentro da cavidade 
                         aumentaram com o aumento do {\^a}ngulo de ataque \$\alpha\$. 
                         Todavia, esses valores m{\'a}ximos foram menores do que aqueles 
                         observados sobre uma placa plana sem cavidade com incid{\^e}ncia. 
                         Como resultado, em termos de press{\~a}o, a presen{\c{c}}a da 
                         cavidade sobre a superf{\'{\i}}cie do ve{\'{\i}}culo n{\~a}o 
                         pode ser ignorada no projeto do ve{\'{\i}}culo.",
            committee = "Santos, Wilson Fernando Nogueira dos (presidente/orientador) and 
                         Travelho, Jeronimo dos Santos and Nova, H{\'e}lcio Francisco 
                         Villa",
         englishtitle = "Impacto do {\^a}ngulo de ataque na aerotermodin{\^a}mica de um 
                         ve{\'{\i}}culo hipers{\^o}nico com descontinuidades na 
                         superficie como uma cavidade",
             language = "en",
                pages = "201",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3NMDH2S",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34P/3NMDH2S",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "04 dez. 2020"
}


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