Análise de escoamento em aerofólio sob condições próximas ao estol: uma metodologia prática para identificação e caracterização da bolha de separação laminar

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Melo, Renan Trevizan
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Fluidodinâmica computacional; Camada limite; Bolhas de separação laminar; Desempenho aerodinâmico; Estol; Predição; Controle; Aerodinâmica; Escoamento; Laminar separation bubbles; Aerodynamic performance; Stall; Prediction; Control
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/253347

Esta dissertação foca no estudo de bolhas de separação laminar (LSB) e seu impacto no desempenho aerodinâmico, especialmente em baixos números de Reynolds, utilizando como caso de estudo o escoamento ao redor do aerofólio Eppler 387. As LSB são fenômenos críticos que ocorrem em aerofólios, turbinas e superfícies sustentadoras, limitando a eficiência aerodinâmica e afetando a controlabilidade de veículos aéreos sob condições próximas ao estol. Fenômenos como a separação da camada limite, transição laminar-turbulenta e desprendimento de vórtices estão intrinsecamente ligados ao estudo das LSB. Neste trabalho, foram realizadas simulações numéricas no OpenFOAM, complementadas pelo modelo Spalart-Allmaras e pelo uso do software XFLR5, no intuito de caracterizar as LSB sob diferentes condições de escoamento. A pesquisa se concentrou na visualização e análise de bolhas de separação curtas e longas em diferentes números de Reynolds, visando entender seu comportamento e implicações na estabilidade e controlabilidade aeronáutica. Especificamente, foi investigada a formação de uma LSB curta (Re = 6 × 104), com separação em 0, 0788c e reconexão em 0, 208c, e de uma bolha longa (Re = 4, 5 × 104), com separação em 0, 1293c e reconexão em 0, 634c (em termos da corda do aerofólio, c). Ademais, foram comparadas as distribuições de pressão ao longo da superfície do aerofólio em regime permanente, tanto para escoamento laminar quanto turbulento. Os resultados incluem o cálculo da streamline de separação e da linha que une pontos de inflexão, revelando que o cruzamento destas implica em instabilidade global e o fenômeno de bursting da bolha. Esta descoberta é fundamental para entender a transição de uma bolha de separação laminar curta para uma mais longa, um aspecto crucial na predição e controle do estol. A pesquisa contribui significativamente para a compreensão prática e concisa das características das LSB, permitindo a otimização de metodologias para prevenir perdas abruptas de sustentação de modo a minimizar potenciais riscos de acidentes aéreos. Destarte, este estudo oferece novos insights e estratégias para melhorar a eficiência aerodinâmica e a segurança na aviação.