3D Aerodynamic Characterization of Rotor Systems for Martian Drones

L’obiettivo di questa tesi è di trovare una correlazione tra i test sperimentali, eseguiti in camera a vuoto presso la sede di Torino di Thales Alenia Space Italia, con un modello CFD, per quanto riguarda un rotore funzionante in ambiente marziano. Partendo da un semplice modello, si vanno via via ad aumentare i dettagli in modo da avvicinarsi il più possibile alla realtà e quindi al caso sperimentale. In fase di creazione della griglia viene utilizzato il software Gridgen, software distribuito da Pointwise, mentre nella fase di calcolo viene utilizzato il software CFD + + prodotto da Metacomp, Inc. Quest’ultimo software consente di specificare il moto della griglia e in particolare consente di operare con volumi rotanti a diverse velocità. Come è intuibile, il fenomeno che si sviluppa all’interno della camera a vuoto è altamente instazionario e decisamente complesso. Per questo motivo non ci si aspetta un stretta correlazione tra i dati sperimentali e il modello CFD proprio perchè quest’ultimo non riesce a catturare alcuni fenomeni che influiscono sulla dinamica del flusso. Questo viene confermato già da alcuni lavori svolti in precedenza presso il Jet Propulsion Laboratory, che si appresta al lancio del Mars Helicopter Scout nel 2020. La correlazione tra il modello numerico e il test sperimentale rappresenta un importante traguardo, poichè dopo averla realizzata, sarà possibile sfruttare il setup del modello per poter operare nell’ottica di migliorare le prestazioni della pala e quindi effettuare uno studio di ottimizzazione. Come seconda parte del lavoro infatti si procede con l’utilizzo di un codice implementato da Domenico Zaza come prova finale della sua laurea triennale. Il codice è realizzato con lo scopo di ottimizzare la forma della pala, agendo su corda e angolo di calettamento. Questo tipo di ottimizzazione riguarda soltanto la geometria della pala e non riguarda invece il profilo alare di base, che viene assunto uguale a quello della pala non ottimizzata utilizzata per il modello 3D nella prima parte del lavoro. In particolare, questo profilo è già stato analizzato con simulazioni CFD da Marta Talmelli nella sua tesi di laurea magistrale e con alcune modifiche (dettate da esigenze costruttive) è stato utilizzato nella pala realizzata per i test sperimentali. Nonostante alcune ipotesi piuttosto forzate, si è scelto di verificare il tool di ottimizzazione per incominciare a testare una nuova geometria di pala in breve tempo e perchè risulterebbe essere un modo pratico e veloce per la realizzazione di una pala ottimizzata.