Progetto preliminare di un rotore toroidale e ottimizzazione della geometria con il metodo dell’aggiunto = Preliminary design of a toroidal rotor and geometry optimization using the adjoint method

Ispirandosi agli studi svolti dal gruppo di ricerca del Lincoln Laboratory del MIT, questo lavoro di tesi ha lo scopo di sviluppare una geometria di propeller per un piccolo drone commerciale con forma toroidale per studiarne i vantaggi aerodinamici rispetto a una geometria tradizionale. Le proprietà fluidodinamiche di tale geometria sono studiate impiegando il software CFD commerciale STAR-CCM+. La forma del rotore viene quindi ottimizzata attraverso diverse iterazioni utilizzando il metodo dell'aggiunto. Il capitolo 1 presenta un'introduzione sullo stato dell'arte di queste particolari geometrie e ne illustra le potenzialità aerodinamiche facendo riferimento agli studi di Prandtl, viene inoltre introdotto brevemente il processo di ottimizzazione utilizzato. Nel capitolo 2 si illustra in modo più dettagliato il problema dell'ottimizzazione nel caso generico e in quello particolare di interesse, si spiega poi il metodo dell'aggiunto dal punto di vista matematico. Il terzo capitolo fornisce una panoramica su quelle che sono le teorie del rotore e i coefficienti che le caratterizzano. Il capitolo 4 spiega il processo di creazione della geometria seguito su SolidWorks e STAR-CCM+. Nel capitolo 5 si illustra l'impostazione della simulazione CFD e il significato di alcuni dei modelli impiegati, in questo capitolo viene anche studiato come varia la convergenza delle simulazioni al variare di alcuni parametri. Nel capitolo 6 viene poi mostrato l'effetto del processo di ottimizzazione sulla geometria, come esso la modifica e i benefici che comporta. Il capitolo 7 presenta infine le conclusioni tratte da questo lavoro di tesi e i possibili sviluppi futuri a cui esso può portare.