Evaluación del Método de Confinamiento de Vorticidad Basado en Características de Vórtice Aplicado a la Aerodinámica y Aeroacústica de Rotores
Autores: Fu, Jinbin; Yuan, Yi; Vigevano, Luigi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Evaluación del Método de Confinamiento de Vorticidad Basado en Características de Vórtice Aplicado a la Aerodinámica y Aeroacústica de Rotores
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Predicción
Helicóptero
Aerodinámica
Aeroacústica
Técnicas de CFD
Vórtice
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
La predicción precisa de la aerodinámica y aeroacústica del rotor de helicóptero utilizando técnicas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) sigue siendo un desafío, ya que la sobredispersión de los esquemas numéricos resulta en una tasa de difusión del vórtice y la estela del rotor más alta de lo que se puede esperar de las ecuaciones que rigen el fluido. Para aliviar este problema, se presenta un método de confinamiento de vorticidad basado en características de vórtices (FVC2-L2) que combina el método de detección de vórtices normalizados localmente con el esquema estándar de confinamiento de vorticidad de segundo orden (VC2) para contrarrestar el error de truncamiento introducido por la discretización numérica del término convectivo, evitando al mismo tiempo el sobreconfinamiento dentro de la capa límite. El esquema FVC2-L2 se adopta para las predicciones aerodinámicas y aeroacústicas del rotor de helicóptero a través de su implementación en el solucionador CFD de malla estructurada de múltiples bloques ROSITA y su acoplamiento con el código aeroacústico ROCAAP basado en la ecuación de superficie permeable Ffowcs Williams-Hawkings (PS-FWH). Este enfoque se evalúa en flujos de rotor de helicóptero a través de tres bases de datos. En primer lugar, se utiliza el rotor HART-II, bien documentado, en la condición base para evaluar la capacidad del esquema VC presentado en la predicción de fenómenos de interacción hoja-vórtice (BVI). Posteriormente, se adoptan el rotor en suspensión no sustentadora UH-1H y el rotor de vuelo descendente a baja velocidad AH-1/OLS para la evaluación de dicho método en aeroacústica. Los beneficios del esquema FVC2-L2 en términos de predicción aerodinámica, preservación de estela y predicción de señales de ruido se demuestran bien mediante la comparación con los datos experimentales y los resultados obtenidos sin esquemas VC. En particular, el esquema FVC2-L2 mejora principalmente la predicción de cargas de aire altamente inestables y resulta en una mejora de la predicción de ruido BVI de más de 5 dB con respecto al caso sin esquemas VC para el caso del rotor AH-1/OLS. Además, se notan algunas deficiencias del enfoque en aplicaciones de ingeniería. Sobre la base de un vórtice convectivo simplificado, se proporcionan algunas pautas provisionales sobre el valor requerido en términos de número de celdas por diámetro de vórtice: un valor que varía de 0.01 a 0.04 para mallas que pueden representar el diámetro del núcleo del vórtice con 6 a 12 celdas.
Descripción
La predicción precisa de la aerodinámica y aeroacústica del rotor de helicóptero utilizando técnicas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) sigue siendo un desafío, ya que la sobredispersión de los esquemas numéricos resulta en una tasa de difusión del vórtice y la estela del rotor más alta de lo que se puede esperar de las ecuaciones que rigen el fluido. Para aliviar este problema, se presenta un método de confinamiento de vorticidad basado en características de vórtices (FVC2-L2) que combina el método de detección de vórtices normalizados localmente con el esquema estándar de confinamiento de vorticidad de segundo orden (VC2) para contrarrestar el error de truncamiento introducido por la discretización numérica del término convectivo, evitando al mismo tiempo el sobreconfinamiento dentro de la capa límite. El esquema FVC2-L2 se adopta para las predicciones aerodinámicas y aeroacústicas del rotor de helicóptero a través de su implementación en el solucionador CFD de malla estructurada de múltiples bloques ROSITA y su acoplamiento con el código aeroacústico ROCAAP basado en la ecuación de superficie permeable Ffowcs Williams-Hawkings (PS-FWH). Este enfoque se evalúa en flujos de rotor de helicóptero a través de tres bases de datos. En primer lugar, se utiliza el rotor HART-II, bien documentado, en la condición base para evaluar la capacidad del esquema VC presentado en la predicción de fenómenos de interacción hoja-vórtice (BVI). Posteriormente, se adoptan el rotor en suspensión no sustentadora UH-1H y el rotor de vuelo descendente a baja velocidad AH-1/OLS para la evaluación de dicho método en aeroacústica. Los beneficios del esquema FVC2-L2 en términos de predicción aerodinámica, preservación de estela y predicción de señales de ruido se demuestran bien mediante la comparación con los datos experimentales y los resultados obtenidos sin esquemas VC. En particular, el esquema FVC2-L2 mejora principalmente la predicción de cargas de aire altamente inestables y resulta en una mejora de la predicción de ruido BVI de más de 5 dB con respecto al caso sin esquemas VC para el caso del rotor AH-1/OLS. Además, se notan algunas deficiencias del enfoque en aplicaciones de ingeniería. Sobre la base de un vórtice convectivo simplificado, se proporcionan algunas pautas provisionales sobre el valor requerido en términos de número de celdas por diámetro de vórtice: un valor que varía de 0.01 a 0.04 para mallas que pueden representar el diámetro del núcleo del vórtice con 6 a 12 celdas.