Research

Analytical modeling of unsteady aerodynamic phenomena through rigorous mathematical formulation, physical interpretation, and reproducible reduced-order tools.

Pesquisa

Modelagem analítica de fenômenos aerodinâmicos não estacionários por meio de formulação matemática rigorosa, interpretação física e ferramentas reprodutíveis de ordem reduzida.

Research areas
Linhas de pesquisa

1. Analytical Unsteady Aerodynamics

Mathematical formulation of unsteady aerodynamic phenomena using generalized functions, distribution theory, and classical thin-airfoil models.

This research direction establishes analytical foundations for unsteady aerodynamic modeling. Potential-flow idealization, singularity distributions, and vortex-sheet representations are used to clarify the mathematical structure behind lift generation, gust response, impulsive motion, and flapping-wing kinematics.

Generalized functionsRepresent concentrated vorticity, discontinuities, singular loads, and limiting processes using distribution theory.
Thin-airfoil theoryRevisit classical formulations with emphasis on analytical consistency, notation, and physical interpretation.
Unsteady phenomenaConnect gusts, impulsive starts, and flapping motion to reduced-order aerodynamic responses.

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1. Aerodinâmica analítica não estacionária

Formulação matemática de fenômenos aerodinâmicos não estacionários por meio de funções generalizadas, teoria de distribuições e modelos clássicos de aerofólio fino.

Esta linha de pesquisa estabelece fundamentos analíticos para a modelagem aerodinâmica não estacionária. A idealização de escoamento potencial, as distribuições de singularidades e as representações por esteiras vorticosas são usadas para esclarecer a estrutura matemática por trás da geração de sustentação, da resposta a rajadas, do movimento impulsivo e da cinemática de asas batentes.

Funções generalizadasRepresentar vorticidade concentrada, descontinuidades, cargas singulares e processos limites por meio da teoria de distribuições.
Teoria de aerofólio finoRevisitar formulações clássicas com ênfase em consistência analítica, notação e interpretação física.
Fenômenos não estacionáriosConectar rajadas, partidas impulsivas e movimento batente a respostas aerodinâmicas de ordem reduzida.

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2. Airfoil Geometry & Parametric Representation

Parametric and analytical representation of airfoil geometries, including Bézier-based surface modeling and nonlinear camber/thickness decomposition.

This research direction develops geometrically consistent airfoil representations for analytical and reduced-order models. Surface fitting, parametric reconstruction, and nonlinear camber/thickness decomposition are combined to produce compact geometric descriptions suitable for theory, optimization, and computational workflows.

Bézier representationFit upper and lower surfaces with smooth polynomial curves suitable for differentiation and reconstruction.
Nonlinear decompositionSeparate camber and thickness using surface-normal geometry rather than only vertical distances.
Model inputsGenerate compact geometric quantities for thin-airfoil theory, aeroelasticity, and optimization workflows.

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2. Geometria de aerofólios & representação paramétrica

Representação paramétrica e analítica de geometrias de aerofólios, incluindo modelagem de superfícies por Bézier e decomposição não linear em cambagem/espessura.

Esta linha de pesquisa desenvolve representações geometricamente consistentes de aerofólios para modelos analíticos e de ordem reduzida. Ajuste de superfícies, reconstrução paramétrica e decomposição não linear em cambagem/espessura são combinados para produzir descrições geométricas compactas adequadas para teoria, otimização e fluxos computacionais.

Representação por BézierAjustar superfícies superior e inferior com curvas polinomiais suaves adequadas para diferenciação e reconstrução.
Decomposição não linearSeparar cambagem e espessura usando geometria normal à superfície, e não apenas distâncias verticais.
Entradas de modeloGerar grandezas geométricas compactas para teoria de aerofólio fino, aeroelasticidade e otimização.

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3. Wake Dynamics & Vortex Modeling

Modeling of wake evolution and vorticity transport in unsteady flows, including the unsteady Kutta condition and canonical aerodynamic responses.

This research direction focuses on the evolution of wakes and vorticity in unsteady aerodynamic flows. The wake is treated as the physical carrier of circulation history, linking airfoil boundary conditions, the unsteady Kutta condition, and canonical indicial and frequency-domain responses.

Wake dynamicsRepresent the shed vorticity field and its connection to circulation, memory effects, and induced loads.
Unsteady Kutta conditionAnalyze how trailing-edge regularity constrains circulation and determines wake shedding.
Classical responsesStudy Wagner, Theodorsen, and Sears formulations as benchmarks for unsteady airfoil theory.

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3. Dinâmica da esteira & modelagem vorticosa

Modelagem da evolução da esteira e do transporte de vorticidade em escoamentos não estacionários, incluindo a condição de Kutta não estacionária e respostas aerodinâmicas canônicas.

Esta linha de pesquisa foca a evolução de esteiras e da vorticidade em escoamentos aerodinâmicos não estacionários. A esteira é tratada como portadora física do histórico de circulação, conectando condições de contorno no aerofólio, a condição de Kutta não estacionária e respostas canônicas indiciais e no domínio da frequência.

Dinâmica da esteiraRepresentar o campo de vorticidade desprendida e sua conexão com circulação, memória e cargas induzidas.
Condição de Kutta não estacionáriaAnalisar como a regularidade no bordo de fuga restringe a circulação e determina o desprendimento da esteira.
Respostas clássicasEstudar as formulações de Wagner, Theodorsen e Sears como referências para teoria aerodinâmica não estacionária.

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4. Reduced-Order & Discrete-Vortex Methods

Development of reduced-order aerodynamic models, including discrete-vortex methods, time-marching schemes, and physically consistent load formulations.

This research direction bridges analytical vortex-sheet theory and computational reduced-order modeling. Continuous vorticity distributions are approximated by discrete vortices, enabling wake roll-up, time marching, and nonlinear unsteady effects while preserving a physically consistent interpretation of aerodynamic loads.

Vorticity discretizationApproximate continuous sheets with point vortices or vortex elements while tracking circulation conservation.
Time marchingAdvance bound and wake vorticity through algorithms consistent with kinematics and shedding constraints.
Load evaluationFormulate aerodynamic forces and moments from physically consistent impulse, pressure, and circulation arguments.

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4. Modelos de ordem reduzida & métodos de vórtices discretos

Desenvolvimento de modelos aerodinâmicos de ordem reduzida, incluindo métodos de vórtices discretos, esquemas de marcha temporal e formulações de carga fisicamente consistentes.

Esta linha de pesquisa conecta a teoria analítica de esteiras vorticosas à modelagem computacional de ordem reduzida. Distribuições contínuas de vorticidade são aproximadas por vórtices discretos, permitindo enrolamento da esteira, marcha no tempo e efeitos não lineares não estacionários, preservando uma interpretação fisicamente consistente das cargas aerodinâmicas.

Discretização da vorticidadeAproximar esteiras contínuas por vórtices pontuais ou elementos vorticosos, mantendo conservação de circulação.
Marcha temporalAvançar vorticidade ligada e desprendida por algoritmos consistentes com cinemática e restrições de desprendimento.
Avaliação de cargasFormular forças e momentos aerodinâmicos a partir de argumentos consistentes de impulso, pressão e circulação.

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5. Separated Flows & Leading-Edge Phenomena

Modeling of nonlinear aerodynamic effects associated with separation, including leading-edge vortex formation and shedding mechanisms.

This research direction studies nonlinear aerodynamic effects associated with flow separation, with particular emphasis on leading-edge vortex formation and shedding. Suction-force criteria, leading-edge suction parameter concepts, and LESP-modulated discrete-vortex formulations are used to connect separation onset with transient aerodynamic loads.

LEV onsetIdentify criteria for when the leading edge can no longer sustain attached-flow suction.
LESP modulationUse leading-edge suction parameters to regulate vortex shedding in reduced-order models.
High-angle dynamicsConnect leading-edge vortex formation to transient lift, nonlinear loads, and flapping-wing response.

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5. Escoamentos separados & fenômenos de bordo de ataque

Modelagem de efeitos aerodinâmicos não lineares associados à separação, incluindo formação e desprendimento de vórtices no bordo de ataque.

Esta linha de pesquisa estuda efeitos aerodinâmicos não lineares associados à separação do escoamento, com ênfase na formação e no desprendimento de vórtices no bordo de ataque. Critérios de força de sucção, conceitos de parâmetro de sucção no bordo de ataque e formulações de vórtices discretos moduladas por LESP são usados para conectar o início da separação às cargas aerodinâmicas transientes.

Início do LEVIdentificar critérios para quando o bordo de ataque não consegue mais sustentar a sucção de escoamento aderido.
Modulação por LESPUsar parâmetros de sucção no bordo de ataque para regular o desprendimento de vórtices em modelos de ordem reduzida.
Dinâmica em alto ânguloConectar a formação do vórtice de bordo de ataque à sustentação transiente, cargas não lineares e resposta de asas batentes.

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6. Viscous Coupling & Inner–Outer Interaction

Coupling between inviscid outer-flow models and viscous near-wall corrections through boundary-layer displacement, transpiration, and viscous vortex regularization.

This research direction extends analytical and vortex-based aerodynamic models beyond the purely inviscid approximation. Boundary-layer effects, displacement thickness, viscous transpiration, and finite-core vortex models are used to introduce Reynolds-number dependence while preserving the interpretability and low cost of reduced-order formulations.

Viscous–inviscid couplingRepresent boundary-layer feedback as an effective correction to the outer aerodynamic boundary condition.
Displacement effectsConnect displacement thickness, transpiration velocity, and modified pressure/loading distributions.
Viscous vorticesRegularize shed vortices with finite-core growth models suitable for wake evolution and induced-velocity prediction.

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6. Acoplamento viscoso & interação interno–externo

Acoplamento entre modelos invíscidos de escoamento externo e correções viscosas de parede por meio de deslocamento de camada-limite, transpiração e regularização vorticosa viscosa.

Esta linha de pesquisa estende modelos aerodinâmicos analíticos e vorticosos além da aproximação puramente invíscida. Efeitos de camada-limite, espessura de deslocamento, transpiração viscosa e modelos de vórtices com núcleo finito são usados para introduzir dependência com o número de Reynolds, preservando a interpretabilidade e o baixo custo de formulações de ordem reduzida.

Acoplamento viscoso–invíscidoRepresentar o efeito da camada-limite como uma correção efetiva à condição de contorno aerodinâmica externa.
Efeitos de deslocamentoConectar espessura de deslocamento, velocidade de transpiração e distribuições modificadas de pressão e carga.
Vórtices viscososRegularizar vórtices desprendidos com modelos de crescimento de núcleo finito adequados à evolução da esteira e à predição de velocidade induzida.

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