Riassunto analitico
La fluidodinamica computazionale (CFD) viene attualmente utilizzata in un’ampia gamma di settori industriali, fra i quali su tutti spicca il settore aeronautico. I recenti progressi in questa disciplina hanno stimolato la ricerca sulla previsione numerica della resistenza aerodinamica per una grande varietà di componenti aerodinamici, compresi configurazioni complete di velivoli ad ala rotante. L’utilizzo della CFD per l’analisi aerodinamica di questa tipologia di velivoli risulta essere però un compito complesso, a causa della natura tridimensionale e non stazionaria del flusso generato dal rotore principale e dal rotore di coda. Una ulteriore complessità sorge a causa dell’elevato numero di fenomeni non lineari che si generano durante il volo, tutti fortemente interconnessi. Nonostante queste problematiche, l’analisi CFD rimane preponderante in questo campo. Infatti, l’intrinseca instabilità del flusso circostante l’elicottero rende difficile le misure sperimentali e l’attuale tecnologia e gli elevati costi dei test in galleria del vento spesso non consentono misurazioni su un modello in scala reale.
L’obiettivo di questo elaborato è l’impostazione di un modello CFD 3D ex-novo di un velivolo ad ala rotante, che permetta di stimare adeguatamente le azioni aerodinamiche agenti nella condizione di volo in avanzamento livellato. Particolare attenzione è stata posta alla modellazione del rotore principale dell’elicottero, il quale rappresenta il componente più critico dal punto di vista simulativo, ed alla correlazione con dati sperimentali estratti da letteratura.
Infine, il modello CFD 3D è stato utilizzato per valutare l’influenza di appendici esterne sulle performance aerodinamiche del velivolo. Viene eseguita sia un’analisi quantitativa per stimare la resistenza aerodinamica aggiuntiva causata dall’equipaggiamento, sia un’analisi qualitativa per valutare l’interferenza fra la scia generata dalle appendici esterne e gli altri componenti dell’elicottero.
Il modello CFD 3D finale si pone come saldo punto di partenza per studi futuri, presentandosi come strumento adatto per l’analisi e la valutazione non solo delle appendici in questione, ma anche di un qualsiasi equipaggiamento ausiliario montato all’esterno della fusoliera.
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Abstract
Computational fluid dynamics (CFD) is currently used in a wide range of industrial sectors, among which the aeronautics sector stands out above all. Recent advances in this discipline have stimulated research on the numerical prediction of drag for a wide variety of aerodynamic components, including complete rotorcraft configurations. However, the use of CFD for the aerodynamic analysis of this type of aircraft is a complex task, due to the three-dimensional and non-stationary nature of the flow generated by the main rotor and the tail rotor. A further complexity arises due to the high number of non-linear phenomena that are generated during the flight, all strongly interconnected. Despite these problems, CFD analysis remains predominant in this field. In fact, the inherent instability of the flow surrounding the helicopter makes experimental measurements difficult and current technology and the high costs of wind tunnel tests often do not allow measurements on a full-scale model.
The goal of this paper is the setting up of a new 3D CFD model of a rotary wing aircraft, which allows to adequately estimate the aerodynamic actions acting in the forward flight conditions. Particular attention was paid to the modelling of the main rotor of the helicopter, which represents the most critical component from a simulation point of view, and to the correlation with experimental data extracted from the literature.
Finally, the 3D CFD model was used to evaluate the influence of external devices on the aircraft's aerodynamic performance. Both a quantitative analysis is performed to estimate the additional aerodynamic drag caused by the equipment, and a qualitative analysis to evaluate the interference between the wake generated by the external devices and the other components of the helicopter.
The final 3D CFD model is a solid starting point for future studies, presenting itself as a suitable tool for the analysis and evaluation not only of the appendages in question, but also of any auxiliary equipment mounted outside the fuselage.
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