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Análisis de Dinámica de Fluidos Computacional de un Ala con Propulsión Eléctrica Distribuida

Autores: Russo, Oreste; Aprovitola, Andrea; de Rosa, Donato; Pezzella, Giuseppe; Viviani, Antonio

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Análisis de Dinámica de Fluidos Computacional de un Ala con Propulsión Eléctrica Distribuida


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Propulsión distribuida
Rendimientos aerodinámicos
Códigos de dinámica de fluidos computacional
Rendimientos de hélices
Solucionadores de CFD
Sección de ala

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 22

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El aumento de eficiencia que la propulsión distribuida podría ofrecer para futuros aviones híbridos-eléctricos está en línea con la urgente demanda de mayores rendimientos aerodinámicos y un menor impacto ambiental. Se han desarrollado a nivel mundial varias herramientas propietarias consolidadas (no siempre disponibles) para la simulación de propulsión distribuida. Por lo tanto, la predicción y comparación de los rendimientos de las hélices, con códigos de dinámica de fluidos computacional que presentan diferentes implementaciones de solucionadores, esquemas numéricos y modelos de turbulencia, es de interés para una audiencia más amplia de usuarios de investigación. En este marco, el documento presenta un estudio de comparación cruzada entre diferentes solucionadores CFD, el software de simulación y diseño multipropósito SU2, el solucionador de flujo propietario UZEN de CIRA, y el código comercial ANSYS-FLUENT, para la simulación de una sección de ala con una hélice tractora en diferentes actitudes de flujo. La hélice se modela como un disco actuador de acuerdo con la teoría general del momento y se considera en los solucionadores de flujo como una condición de contorno, para las ecuaciones de momento y energía. En este estudio, se considera una hélice con una relación de avance fija, mientras que se asume que los rendimientos de la hélice son variables a lo largo del radio. Para realizar las comparaciones entre los solucionadores, se desarrolla un procedimiento interno que proporciona las distribuciones de empuje y torque de entrada en un formato unificado entre los tres solucionadores. Se realizan simulaciones RANS estacionarias en y , para el campo de flujo de una hélice aislada. Posteriormente, se estudia una sección de ala con una configuración de hélice montada hacia adelante fija sin carenado, en y ángulos de ataque. Las comparaciones en términos del coeficiente de sustentación muestran un buen acuerdo entre los tres solucionadores de flujo tanto en condiciones de apagado como de encendido. Las simulaciones también evidenciaron la fuerte propiedad de preservación de estabilidad de los esquemas de corriente arriba, aplicados a la simulación de hélices a bajo número de Mach. Se observan algunas discrepancias en el coeficiente de arrastre y se relacionan con diferentes niveles de difusión numérica entre los tres códigos, lo que afecta el estela aguas abajo. Se observan y explican diferencias en las propiedades del flujo en la región cercana al disco considerando las diferentes implementaciones del buje.

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