Set-up ed analisi fluidodinamico-numerica per una pala di nuova concezione = Setup and computational fluid-dynamic analysis for a new-design propeller blade

In questa tesi verrá svolto un lavoro di analisi fluidodinamica sul progetto iniziale della pala di un’elica fornito dall’azienda "DH Aerospace Industry s.r.l.". Il processo di analisi utilizzando codici di calcolo, richiede la presenza di una fase preliminare di setup del codice, al fine di valutare i parametri da impostare per ottenere la miglior accuratezza di risultato possibile. Nel capitolo 1 é presente una breve introduzione sulle caratteristiche principali della pala sperimentale, come ad esempio dati geometrici e condizioni operative. Viene anche effettuata una descrizione generale sui sistemi propulsivi ad elica, ponendo l’attenzione sul calcolo delle performance e sulla definizione delle grandezze e dei coefficienti che verranno utilizzati nel corso della trattazione. Nel capitolo 2 si procede alla validazione del codice di calcolo CFD, implementato nel software Star-CCM+. Viene fornita un’overview generale delle sue potenzialitá e del funzionamento, con particolari riferimenti ai tools che torneranno utili per l’analisi della pala sperimentale. Si procede poi alla descrizione della pala di riferimento, utilizzata appunto per la validazione del codice, concentrandosi sulla realizzazione del modello CAD e sulle impostazioni del software per l’analisi CFD. In questo modo, effettuando il confronto dei risultati ottenuti con i dati sperimentali disponibili per la pala di riferimento, si verifica quale sia il setup del codice in termini di mesh, condizioni al contorno, condizioni iniziali, modello di turbolenza, dimensione del dominio (per citarne alcuni) che restituisce risultati piú accurati. Questi parametri di setup verranno poi utilizzati per l’analisi CFD della pala sperimentale. Il capitolo 3 descrive nei dettagli l’analisi aerodinamica del modello 3D eseguita su Star-CCM+. Vengono riportati i parametri di setup, testati sulla pala di riferimento, ed adattati alla nuova geometria della pala sperimentale. Si riportano, poi, i risultati di un primo test dove non si tiene conto del calettamento della pala, ottenendo risultati insoddisfacenti. Si procede quindi alla rotazione della pala attorno all’asse di pitch e vengono testate due nuove configurazioni ruotate, dalla condizione iniziale, di due angoli differenti. Per queste due nuove configurazioni si riportano i risultati ottenuti in termini di spinta, potenza e rendimento al variare del rapporto di avanzamento dell’elica. Analizzando dettagliatamente i risultati ottenuti si pone l'attenzione su zone della pala che possono essere causa di perdita di prestazioni, quali ad esempio zone di flusso separato. Nel capitolo 4, al fine di dettagliare maggiormente l’analisi aerodinamica della pala sperimentale, viene eseguita un’analisi 2D sui profili prelevati a diverse stazioni lungo il raggio. Per questo tipo di analisi viene utilizzato il software X-Foil; anche in questo caso si riporta una descrizione delle sue potenzialitá e funzionamento, e viene effettuato un processo di validazione con un profilo alare noto. Dai risultati ottenuti per i vari profili si procede al calcolo delle prestazioni secondo la teoria dell’elemento di pala semplice e all’ottimizzazione della legge di calettamento dei profili lungo il raggio, in modo da ottenere massimo rendimento.