Studio aerodinamico di un rotore in condizioni di volo a punto fisso = Aerodynamic analysis of a rotor in hover condition

L’utilizzo della fluidodinamica computazionale risulta ormai rilevante in ambito ingegneristico, soprattutto in campo aerospaziale. Questa ha permesso lo sviluppo di algoritmi e modelli in grado di fornire risultati sempre più precisi e aderenti a quelli sperimentali, rispetto al passato, in cui lo strumento più efficace in fase di progettazione era quello della fluidodinamica sperimentale. Inoltre, lo sviluppo tecnologico in termini di risorse computazionali ha portato vantaggi in termini di tempi e facilità di analisi e, non meno importante, in termini di costi rendendo così indispensabile l’utilizzo della CFD. Allo stesso tempo si sono sviluppati diversi software commerciali, che sfruttano la CFD per lo studio di flussi, che al giorno d’oggi sono ampiamente utilizzati sia in ambito accademico che industriale. Il seguente lavoro si basa sull’utilizzo della fluidodinamica computazionale al fine di studiare un problema tipico della propulsione aerospaziale, ovvero il campo di moto che si sviluppa attorno alle pale di un rotore. Nello specifico, verranno da prima analizzati alcuni tra gli aspetti principali della CFD, quali la discretizzazione spaziale, le varie tipologie di griglie utilizzabili e i diversi modelli usati per l’approssimazione dei flussi turbolenti. Successivamente, mediante l’utilizzo di un codice ai volumi finiti, sono state svolte diverse simulazioni sulle pale del PSP rotor. La scelta del PSP rotor è stata fatta per via dei diversi studi condotti su quest ultimo, che permettono quindi di avere diversi risultati sui quali confrontare il lavoro svolto. Il lavoro è stato diviso in due fasi. La prima, nella quale si è ricavata la geometria del rotore tramite l’utilizzo del software CAD Solidoworks, partendo dalle coordinate dei profili alle diverse stazioni dell’elica. La seconda fase ha riguardo l’impostazione della simulazione tridimensionale del problema finalizzata all’ottenimento di informazioni di massima sulle prestazioni dell’elica, in termini di spinta e coppia. I risultati ottenuti sono stati quindi confrontati con quelli numerici presenti in bibliografia. Nei primi capitoli verrà trattata 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. Segue poi un capitolo in cui è descritto il rotore oggetto dello studio. Viene successivamente descritto il flusso di ottimizzazione delle impostazioni di setup del software per l’analisi CFD. In questo modo, effettuando il confronto dei risultati ottenuti con i dati numerici disponibili per il rotore 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 (rotante e non) che restituisce risultati piú accurati. Seguirà un approfondimento legato ai modelli di ordine ridotto maggiormente utilizzati per l’analisi delle eliche ed uno riguardo la risoluzione numerica di un flusso turbolento con le equazioni mediate da Reynolds (RANS) con chiusura del problema col modello di turbolenza k − ω SST confrontato con quello Spalart-Allmaras. Infine nel capitolo dei risultati sono mostrati l’andamento della spinta e della coppia e la visualizzazione di scene scalari in termini di velocità e di Q-criterion.