Study of Body Force Modelling for coupled fan/airframe simulations

Le architetture aeronautiche proposte per alleviare il crescente impatto ambientale del settore dell’aviazione si caratterizzano per la presenza di motori integrati nella fusoliera ovvero installati sulle ali, ma ad elevatissimo rapporto di diluizione. In entrambi i casi, lo stretto accoppiamento tra telaio e sistema propulsivo incrementa l’esposizione della soffiante del motore a condizioni di ingresso distorte, generate da prese dinamiche ad S, gondole con prese d’aria corte, o ingerimento dello strato limite. Questa tesi presenta lo studio di modelli a forze di volume come approccio accoppiato per la simulazione dell’interazione soffiante/presa dinamica. L’assenza di una corretta replicazione dell’effetto della soffiante, infatti, porta a risultati non sempre fisicamente coerenti ed impedisce l’adeguata progettazione delle pale. La tesi affronta dapprima l’evoluzione verso l’impiego di motori ad altissimo rapporto di diluizione, come rimedio a medio termine, mostrando l’importanza di un approccio integrato per la progettazione e la valutazione delle prestazioni propulsive a livello di sistema. In seguito, è descritto lo sviluppo di un codice comprimibile per equazioni di Navier-Stokes mediate alla Reynolds, quale strumento a sé stante in cui è stato implementato un modello a forze volumetriche derivato dalla letteratura. Il documento riporta indicazioni relativamente alla calibrazione del modello, l’estrazione di dati da simulazioni a maggiore livello di affidabilità, la validità, l’accuratezza e le limitazioni dell’approccio. Il caso di riferimento adottato consiste in una moderna soffiante transonica ad elevato rapporto di diluizione, per cui è stato validato un modello computazionale a partire da dati sperimentali. Infine, l’insieme degli strumenti di analisi sviluppati è stato impiegato per uno studio di sensibilità dell’aerodinamica di prese d’aria di motori a turboventola operanti ad alta incidenza, confrontando l’approccio standard disaccoppiato con il modello a forze volumetriche.