Investigação da dinâmica aeroelástica de um aerofólio utilizando CFD - Carnielo, Bianca Taís Visoná (2023)
Técnicas de solução de problemas envolvendo interações fluido-estrutura (FSI) são utilizadas em problemas industriais para aplicações aeroespaciais, sendo em alguns casos as forças aerodinâmicas calculadas a partir das equações de Navier-Stokes utilizando CFD (do inglês, Computational Fluid Dynamic). Em particular, soluções de problemas FSI podem ser obtidas empregando o software livre SU2, desenvolvido e mantido pela Universidade de Stanford, EUA. Neste contexto, o presente trabalho consiste na análise aeroelástica de um aerofólio NACA 0012 com movimentos em pitch e plunge em diferentes condições de escoamento subsônico e na alteração do código de solução estrutural do SU2 para incluir uma não-linearidade estrutural de rigidez cúbica. A solução do escoamento é obtida através das equações URANS (do inglês Unsteady Reynolds-Averaged Navier Stokes Equations), combinada com o modelo de turbulência SST k-omega. O modelo estrutural é obtido através do método dos Elementos Finitos usando o software Nastran, para se obter os modos de vibrar e as frequências do sistema estrutural. A solução da dinâmica estrutural envolve um código escrito em Python, que utiliza o método alpha-generalizado para realizar a integração numérica das equações do movimento no domínio do tempo, que também é adaptado para resolver o sistema incluindo a não-linearidade. As malhas estrutural e fluidodinâmica são não coincidentes, e por isso utiliza-se o método de interpolação RBF (do inglês Radial Basis Functions). Os resultados das simulações computacionais mostram o comportamento da estrutura tanto no domı́nio do tempo quanto da frequência. As condições de escoamento são alteradas de forma a mapear a dinâmica do aerofólio até se verificar o movimento instável, para o qual é possível observar fenômenos como o aumento das amplitudes de oscilação ao longo do tempo e presença de choque aerodinâmico. Os resultados para os casos com não-linearidade estrutural mostram um maior amortecimento aeroelástico em comparação ao caso linear,em condições estáveis. Por outro lado, para condições instáveis, a não-linearidade contribui para se manter as amplitudes constantes ao longo do tempo, que sugerem a possível presença de oscilações de ciclo limite.