Presentazione dell’attività svolta nel I semestre del III anno di studi di dottorato in

1. Presentazione dell’attività svolta nel I semestre del III anno di studi di dottorato in Aeromobili A Decollo Verticale Dottorando: Alex Zanotti Ciclo: XXIV Relatore: Prof. Giuseppe Gibertini

2. Didattica Formazione di base alla ricerca Partecipazione a congressi 15th International Forum of Aeroelasticity and Structural Dynamics, IFASD 2011, June 26-30 2011, Paris, France. Didattica

3. Elenco della produzione scientifica del semestre Auteri, F.,Campanardi, G.,Gibertini, G., Macchi, C., Stabellini, A. and Zanotti, A. Wind Tunnel Tests of a Tilt-Rotor Aircraft, Aeronautical Journal, Vol. 115, N. 1167, 2011, p. 315-322. Auteri, F., G.,Gibertini, G. andZanotti, A. Wind tunnel boundary conditions In: De Gregorio(ed.) GOAHEAD - A European Initiative on the Experimental and Numerical Analysis of the Flow about Complete Helicopters, Springer Verlag. Completato ed inviato all’Editor. Quaranta, G., Gibertini, G., Masarati, P., Zanotti, A., Sitaraman, J. Analysis of self-activating aerodynamic devices for stall alleviation, 15th International Forum of Aeroelasticity and Structural Dynamics, June 26-30 2011, Paris, France. Zanotti, A., Auteri, F., Campanardi, G., Gibertini, G. An Experimental Set Up for the Study of the Retreating Blade Dynamic Stall, Memoria accettata per 37th European Rotorcraft Forum, September 13-15, 2011, Ticino Park, Italy. Nilifard, R., Guardone, A., Quaranta, G., Zanotti, A., Gibertini, G. Validation of numerical models for the investigation of dynamic stall phenomenon, Memoria accettata per CEAS 2011-XXI AIDAA Congress, October 24-28, 2011, Venice, Italy. De Bernardi, S., Gibertini, G., Guardone, A., Motta, V., Nilifard, R., Quaranta, G., Zanotti, A. Experimental-Numerical study of small amplitude oscillations of a pitching airfoil, Memoria accettata per CEAS 2011-XXI AIDAA Congress, October 24-28, 2011, Venice, Italy. Produzione Scientifica

4. Attività svolta durante il semestre • Studio dello stallo del profilo NACA 23012 in condizioni statiche e dinamiche; • Estesa campagna di misura sul profilo NACA 23012 oscillante in beccheggio; • Tecniche di misura (trasduttori di pressione ad elevata risposta in frequenza e P.I.V.); • Validazione delle misure in condizioni stazionarie (confronto con letteratura e con • simulazioni numeriche); • Analisi del comportamento del profilo nei diversi regimi di stallo dinamico • (confronto con letteratura e simulazioni numeriche); • Analisi degli effetti dei parametri che caratterizzano il ciclo di oscillazione sul • fenomeno dello stallo dinamico (incidenza media, ampiezza e frequenza ridotta); • Analisi del campo di moto sul dorso del profilo in condizioni di stallo dinamico; • Analisi preliminare di sistemi di controllo passivo per l’alleviazione degli effetti • dello stallo dinamico. Attività svolta durante il semestre

5. Studio dello stallo del profilo NACA 23012 • Profilo di tipico impiego elicotteristico maggiormente impiegato in letteratura; • Confronto con letteratura (Leishman 1990) e con simulazioni numeriche (EDGE) • eseguite nell’ambito di un lavoro di Dottorato IA presso DIA. Studio dello stallo del profilo NACA 23012 • Gusci di rivestimento realizzati in alluminio; • Guscio centrale intercambiabile (Kulite, P.I.V.).

6. Studio dello stallo statico del profilo NACA 23012 • Confronto con letteratura (Leishman 1990); • Confronto con simulazioni numeriche (EDGE full-turbulent modello EARSM k-w). Studio dello stallo statico del profilo NACA 23012

7. Campagna di misura sul profilo oscillante in beccheggio • Performance del profilo in diverse condizioni tipiche dell’inviluppo di volo di • un rotore di elicottero; • Condizione di volo avanzato di una pala retrocedente di rotore al 75% di apertura • in scala 1:1; • Analisi degli effetti dei parametri che caratterizzano il ciclo di oscillazione in • beccheggio (incidenza media, ampiezza e frequenza ridotta). 5°< αm <15° 2°< α0 <15° 0.05< k <0.1 Campagna di misura sul profilo oscillante in beccheggio • Regimi di Stallo Dinamico • Light Dynamic Stall: si verifica quando si raggiunge un valore massimo di incidenza • di poco superiore al valore di stallo statico del profilo; • Deep Dynamic Stall: si verifica quando αm è simile all’incidenza di stallo statico • del profilo ed α0 assume valori cospicui (> 5°).

8. Risultati delle misure di pressione non stazionarie in stallo dinamico Effetto dell’angolo di incidenza media del ciclo α(t) = αm+ 10°sin(2πft) k = 0.1, Re = 1e6 • Deep Dynamic Stall: • Formazione di vortici secondari. • Light Dynamic Stall: • Separazione del flusso di piccola entità; • Flusso attaccato al profilo per gran parte del ciclo di • oscillazione in beccheggio; • Isteresi dei carichi aerodinamici piccola; • Deep Dynamic Stall: • Separazione e formazione di vortici; • Flusso separato per gran parte del ciclo di • oscillazione in beccheggio; • Isteresi dei carichi aerodinamici cospicua; • Ritardo dello stallo del profilo rispetto alla condizione • stazionaria; • Aumento non lineare della portanza (DSV); • Ritardo dello stallo del CL rispetto al CM. Risultati delle misure di pressione in stallo dinamico

9. Risultati delle misure di pressione non stazionarie in stallo dinamico Confronto con la letteratura (Leishman 1990) α(t) = αm+ 10°sin(2πft) k = 0.1, Re = 1e6 • Diverso numero di • Reynolds; • Diverso set-up di prova • (maggiore bloccaggio in • galleria del vento). Risultati delle misure di pressione in stallo dinamico

10. Risultati delle misure di pressione non stazionarie in stallo dinamico Confronto con simulazioni numeriche (EDGE full-turbulent con due modelli EARSM k-w) α(t) = αm+ 10°sin(2πft) k = 0.1, Re = 1e6 Risultati delle misure di pressione in stallo dinamico

11. Risultati delle misure di pressione non stazionarie in stallo dinamico Effetto dell’ampiezza del ciclo α(t) = 10°+α0sin(2πft) k = 0.1, Re = 1e6 Risultati delle misure di pressione in stallo dinamico

12. Risultati delle misure di pressione non stazionarie in stallo dinamico Effetto della frequenza ridotta α(t) = 10°+10°sin(2πft) Re = 1e6 Risultati delle misure di pressione in stallo dinamico

13. Misura P.I.V. sul dorso del profilo NACA 23012 • Laser montato su un sistema di traversing • ad asse longitudinale; • Lama laser centrata sulla mezzeria della • camera attraverso un’apertura sul tetto; • Telecamera montata su una piastra ad L • collegata ad un sistema di traversing a • due assi ortogonali; • Campo di misura composto da 4 finestre • 104×83 mm che percorrono la corda del • profilo sul dorso. Misure P.I.V. sul dorso del profilo

14. Misura P.I.V. sul dorso del profilo NACA 23012 Misure P.I.V. sul dorso del profilo

15. Misura P.I.V. sul dorso del profilo NACA 23012 α(t) = 10°+ 10°sin(2πft) k = 0.1, Re = 6e5 α = 19° Upstroke α = 6° Upstroke α = 0° Upstroke α = 8° Upstroke α = 2° Downstroke α = 12° Downstroke α = 10° Upstroke α = 16° Upstroke α = 20° Upstroke α = 4° Upstroke α = 14° Upstroke α = 2° Upstroke α = 18° Upstroke α = 12° Upstroke α = 6° Downstroke α = 14° Downstroke α = 19° Downstroke α = 8° Downstroke α = 10° Downstroke α = 0° Upstroke α = 18° Downstroke α = 4° Downstroke α = 16° Downstroke Misure P.I.V. sul dorso del profilo

16. Misura P.I.V. sul dorso del profilo NACA 23012 α(t) = 15°+ 10°sin(2πft) k = 0.1, Re = 6e5 α = 21° Upstroke α = 23° Upstroke α = 24° Upstroke α = 25° Upstroke α = 18° Upstroke α = 20° Upstroke Misure P.I.V. sul dorso del profilo

17. Studio di sistemi passivi per il controllo dello stallo dinamico I dispositivi di controllo attivi necessitano di una potenza disponibile nel sistema rotante non trascurabile e di un sistema di controllo per comandarne l’attivazione, introducendo quindi un notevole aumento della complessità di realizzazione della pala. Studio di sistemi di controllo passivo Per questo motivo i sistemi di tipo passivo rappresentano una soluzione molto attrattiva in quanto non necessitano di potenza per l’attuazione ed hanno costi di realizzazione sicuramente più bassi rispetto a sistemi di tipo attivo.

18. Pop-up flap • “ Meccanismo del Pop-up” flap • La separazione al bordod’uscita produce un flussocontrocorrenteche genera l’apertura del flap; • l’apertura del flap produce un parziale riattacco del flusso ritardando lo stallo; • a bassi angoli di incidenza il flusso rimane attaccato ed il flap rimane chiuso senza produrre effetti. Pop-up flap (Meyer et al. 2007)

19. Analisi sperimentale preliminare dei Pop-up flap Due configurazioni di spoiler provate (foglio di alluminio di spessore 0.6 mm) Spoiler con corda pari al 5% ed all’8% della corda del profilo, incernierata al 91% della corda a partire dal bordo d’attacco α(t) = 10°,12°,15°+ 10°sin(2πft) k = 0.1, Re = 6e5 Analisi sperimentale dei Pop-up flap

20. Analisi sperimentale preliminare dei Pop-up flap Misure di pressione non stazionarie Analisi sperimentale dei Pop-up flap

21. Analisi sperimentale preliminare Spoiler “ad L” • Regolazione del moto dello spoiler durante un ciclo di oscillazione in beccheggio • Spoiler realizzato in fibra di carbonio che termina sul bordo d’uscita del profilo • come un Gurney flap; • Variazione della distribuzione di massa; • Apertura dello spoiler nella fase di salita e chiusura nella fase di discesa (verifica • tramite P.I.V.). Analisi sperimentale Spoiler ad L

22. Attività proposta per il semestre successivo • Misura delle componenti di velocità in scia con anemometro a filo caldo per il calcolo • della resistenza del profilo mediata in fase tramite l’integrazione dell’equazione non • stazionaria di N-S nel piano di mezzeria; • Confronto dei risultati ottenuti nei diversi regimi di stallo dinamico riprodotti con • simulazioni numeriche (DES); • Completamento delle misure riguardanti i dispositivi di controllo di tipo passivo • (alette di bordo d’uscita e Gurney flap fisso) anche sul profilo NACA 23015 • caratterizzato da uno stallo di bordo d’uscita; • Stesura della tesi di dottorato. Attività proposta per il semestre successivo