Simulação numérica de um aerofólio com oscilação vertical em regime transônico

Abstract

O estudo e compreensão de fenômenos aerodinâmicos podem ser realizados, por exemplo, através de métodos experimentais ou simulações computacionais. Neste contexto o presente trabalho objetiva a utilização de métodos numéricos, especificamente, o método da fronteia imersa, para simular e compreender os fenômenos aerodinâmicos envolvidos na oscilação forçada de um aerofólio em regime transônico. Será utilizado o código numérico VAT - Virtual Aeroacoustic Tunnel, desenvolvido pelo Laboratório de Aeroacústica Computacional - CAALAb, localizado na Universidade de Brasília. Este código numérico utiliza o método da fronteira imersa (moving imersed boundary) e um processo de marcha temporal utilizando um método explícito de Runge-Kutta de terceira ordem. Este código permite a simulação de escoamentos em regime subsônico, transônico ou supersônico e também, utiliza um método de visualização do campo de temperaturas. A fronteira imersa, aerofólio, tem o deslocamento imposto por uma função periódica senoidal, implementado no VAT. Ainda, foram implementadas rotinas de cálculo dos coeficientes aerodinâmicos de pressão, sustentação, arrasto e momento. A utilização dos resultados para os coeficientes aerodinâmicos aliado a visualização do escoamento constitui uma poderosa e confiável ferramenta de pesquisa. Ainda, foi utilizado um aerofólio NACA 0012 para verificar a implementação da oscilação vertical e para as demais simulações foi utilizado um aerofólio transônico OAT15A. As simulações numéricas realizadas são baseadas nas equações de Euler, ou seja, invíscidas. Foi utilizado um fator de escorregamento que tem por objetivo representar parte dos efeitos viscosos em um escoamento. A calibração deste parâmetro foi realizada pela comparação da curva de Cp gerada pelo VAT e dados experimentais. Foi observado que este parâmetro apresenta uma alta sensibilidade e pequenas modificações em seus valores gerarão resultados distintos. A amplitude de oscilação e frequência foram os principais fatores utilizados como variáveis nas simulações. A campanha de simulação para variação da amplitude de oscilação mostrou que a combinação de baixas amplitude e frequências, geram poucos efeitos associados a oscilação no escoamento. A campanha de simulação para frequências mostrou que a variação deste parâmetro está associada a escoamentos com altos níveis energéticos. Por fim, não foram observadas formações de vórtices no bordo de ataque, bem como presença de estol dinâmico.