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PROJETO DE PERFIS Simples e Multi-elemento

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PROJETO DE PERFIS Simples e Multi-elemento - PowerPoint PPT Presentation


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PROJETO DE PERFIS Simples e Multi-elemento. Francisco Palazzo Neto: fpalazzon@yahoo.com.br Gilberto Becker: gilbertobecker@yahoo.com.br. Sumário. Projeto mono-elemento Motivação Competição SAE Aerodesign Fundamentos da Análise XFoil Exemplo de projeto Projeto Multi-elemento

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Presentation Transcript
slide1

PROJETO DE PERFIS

Simples e Multi-elemento

Francisco Palazzo Neto: fpalazzon@yahoo.com.brGilberto Becker: gilbertobecker@yahoo.com.br

sum rio
Sumário
  • Projeto mono-elemento
    • Motivação
    • Competição SAE Aerodesign
    • Fundamentos da Análise
    • XFoil
    • Exemplo de projeto
  • Projeto Multi-elemento
  • Outras Ferramentas
motiva o
Motivação

North American P-51 Mustang

  • Usou-se perfis laminares inéditos – Projeto secreto da NACA (NASA).
  • Responsável por quase metade dos aviões alemães abatidos na Segunda Guerra Mundial.
  • GANHO DE DESEMPENHO!!!
motiva o4
Motivação

Vought F-8A Crusader

  • Surgimento dos Perfis supercriticos.
  • Minimização do arrasto de onda do escoamento transônico.
  • GANHO DE DESEMPENHO!!!
competi o sae aerodesign
Competição SAE Aerodesign

PORQUE O PERFIL SELIG 1223 ?

Quando,em que regra, e para que Asa/Avião o Selig 1223 foi projetado ?

selig 1223
Selig 1223

QUAIS SÃO OS REQUISITOS ATUAIS DE PROJETO ?

  • 2002 – A área projetada não é mais limitada.
  • - Quais são os impactos?
  • Novas Análises de projeto.
  • Visão multidisciplinar.
exemplos anteriores
Exemplos anteriores
  • Possibilidades de melhorias:

Selig1223

AT- A2004

Aerodinâmicas

Estruturais

fundamentos da an lise
Fundamentos da Análise
  • CONCEITUAIS
  • Bordo de ataque
  • Bordo de fuga
  • Corda
  • Linha Média
  • Extradorso
  • Intradorso
  • VARIÁVEIS OBSERVADAS
  • Arqueamento máx %c
  • Posição do arqueamento máx %c
  • Espessura máx %c
  • Posição da espessura máx %c
  • Raio de Bordo de Ataque
  • Gap do Bordo de Fuga
influ ncia do no de reynolds
Influência do No de Reynolds

Re =1.54, Laminar Flow, Steady, No Fore/Aft Symmetry

influ ncia do no de reynolds12
Influência do No de Reynolds

Re =26, Laminar Flow, Steady, Separated Flow

influ ncia do no de reynolds13
Influência do No de Reynolds

Re =140, Unsteady Transitional Flow, Karman Vortex Street

influ ncia do no de reynolds14
Influência do No de Reynolds

Re =2000, Unsteady, Turbulent Flow

influ ncia do no de reynolds15
Influência do No de Reynolds

Re =10000, Unsteady, Turbulent Flow

o c digo xfoil
O Código XFOIL
  • XFOIL:
  • Utiliza o método dos painéis com vorticidade linear (escoamento invíscido)
  • Correção de compressibilidade de Kármán-Tsien.
  • A camada viscosa é representada por duas equações integrais superpostas ao escoamento potencial.
  • Todas as equações de camada limite, de transição e de escoamento invíscido são solucionadas por um método numérico global deNewton.
o c digo xfoil17
O Código XFOIL
  • MÓDULOS DO XFOIL 1 - OPER :Análise2 - GDES:Projeto Geométrico– Método Direto3 - MDES:Curva de Pressão– Método Inverso4 - QDES:Curva de Velocidade– Método Inverso
m dulo de an lise oper
Módulo de Análise: OPER
  • EXEMPLOS DE APLICAÇÃO Curva Cl x α Polar de Arrasto Camada Limite Identificação das regiões que originam o arrasto Curva Cp x Corda (Intradorso e Extradorso) Vetores de Pressão SUB-MÓDULO VPLO: Camada Limite
m dulo de projeto direto gdes
Módulo de Projeto Direto: GDES
  • MODIFICAÇÃO DIRETA DE VÁRIOS PARÂMETROS:
  • Arqueamento máx %c
  • Posição do arqueamento máx %c
  • Espessura máx %c
  • Posição da espessura máx %c
  • Raio de Bordo de Ataque
  • Gap do Bordo de Fuga (melhoria da convergência numérica)
  • Modificação via cursor:
  • Contorno, L. Arqueamento, L. Espessura
  • ETC
m dulos de projeto inverso mdes e qdes
Módulos de Projeto Inverso: MDES e QDES
  • Projeto Inverso
  • Através de modificações da curva de pressão o perfil
  • é redesenhado pelo software.
  • Modificações diretas (modi)
  • Suavizar o escoamento local (smooth)
  • Observar ângulo de ataque de análise
  • Cálculos inversos do XFOIL despresam a viscosidade
  • Necessidade de verificação no módulo OPER
slide21

Dica: Sub-Módulo VPLO

Identificação das regiões

que dão origem ao arrasto!

xfoil lista de discuss o
XFOIL: LISTA DE DISCUSSÃO
  • Sugestão da lista: PROJETO ITERATIVO
  • Utiliza-se técnicas de projeto DIRETO e INVERSO
  • alternadamente
  • Na lista oficial de discussão sobre o código já se falou
  • em 200 horas de projeto para o perfil de um planador
  •  xfoil@yahoogroups.com - mais de 2000 participantes
  • Mark Drella (MIT) participa ativamente das discussões.
a d wing airfoil design
A. D. – Wing Airfoil Design
  • Low CD at low AoA

- HighIxx. Iyyand J

  • Solutions: - High SW andLow CL
        • Low SW and High CL

VAoA Wing and Structural Requirements: Performance Requirements

Aerodynamic Requirements

- Low CD andLow CM

- Low SW due to max. spanlimitation

a d wing airfoil design25

Geometric Design

XFOIL TOOLS

Inverse Design

Boundary Layer Analysis (VPLO Sub-Routine)

A. D. Wing Airfoil Design

Selig 1223

Designed Airfoil: AT-W2004

a d wing airfoil design26
A. D. – Wing Airfoil Design

Numerical Results

Boundary Layer

Pressure Distribution

a d v t h t winglet airfoils
A. D. – V.T., H.T. & winglet Airfoils

PSU 94-097 Airfoil

Horizontal Tail: AT-P2004

Vertical Tail: AT-L2004

Winglet: AT-WLT2004

a d rudder design
A. D. – Rudder Design

Analysis of Hinge Position : AT-L2004

Hinge :

0.65c

projeto multi elemento
Projeto Multi-elemento
    • Motivação
    • Ensaio em túnel
    • Parâmetros
    • Ferramentas
      • MSES
      • Pré-processamento
      • Solução do escoamento
      • Pós-processamento
    • Exemplos
  • Outras Ferramentas
    • XFLR5
    • Tornado
motiva o31
Motivação
  • Aviação em geral
    • Desempenho de pista
    • Arrasto em cruzeiro
  • Aerodesign
    • Dependente da regra:
      • Aumento do CLmáx
      • Diminuição do arrasto em condições recolhidas
      • Aumento de área projetada
ensaio em t nel
Ensaio em Túnel
  • 3D
  • 3D - meia maquete
  • 2D
  • Dados experimentais 2D
    • Condições
    • Aquisição
    • Parâmetros relevantes
par metros
Parâmetros
  • Reynolds
  • Raio de bordo de ataque
  • Arqueamento
  • Distribuição de espessura
  • Corda relativa dos elementos
  • Incidência dos elementos
  • Movimento fowler (aumento de área)
slide34
MSES
  • Geração de malha

NHLP A2

slide35
MSES
  • Pós-processamento

Camada Limite

Dsitribuição de Cp

pr processamento
Pré-processamento
  • Geração de malha
    • ICEM
    • Gridgen
    • Tgrid
    • Bamg
solu o do escoamento
Solução do Escoamento
  • CFD++
  • Fluent
  • CFX
  • Nsc2KE
p s processamento
Pós-processamento
  • Ensight
  • Tecplot
exemplos
Exemplos
  • Naca 0012
  • Uirá – AeroDesign East 2007
  • NHLP - AGARD
  • Flaps fenda dupla e simples
  • Distribuição de sustentação ao longo da envergadura
exemplo flaps
Exemplo – flaps

Flap single

Flap double

exemplo cl vs y

3.50

3.00

2.50

2.00

Cl

1.50

1.00

0.50

0.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

y

Exemplo – Cl vs. y

Seção

Dimensionante

xflr5
XFLR5
  • Projetado em 2005, por André Deperroispara fornecer uma interface amigável com o XFOIL, e viabilizar cálculos em objetos 3D, com baixos nº de Reynolds.
  • Possibilita a utilização do método de Katz & Plotkin para cálculo das Linhas de Vórtice (VLM); ou a Teoria de Linha de Sustentação de Prandlt (LLT) em superfícies.
  • Análise de conjuntos asa-empenagens.
  • Prevista interface com o código AVL, também do MIT.
tornado
Tornado
  • Utilizada o Vortex Lattice
  • Possibilita a construção completa da aeronave (sem espessura e volume)
  • Calcula coeficientes estáticos e dinâmicos
  • Superfícies de comando

Exemplo – Projeto do Winglet

considera es finais
Considerações finais
  • Uso consciente e coerente das ferramentas
    • Procura por embasamento teórico
    • Determinação das metas/requisitos
    • Verificar infraestrutura disponível
    • Escolha das ferramentas:
      • recursos e limitações (modelo do código)
      • características do resultado
    • Orçar o prazo
    • Sempre que possível comparar com experimento
slide52

Referências

  • XFOIL: raphael.mit.edu/xfoil/index.html
  • XFLR5: http://xflr5.sourceforge.net/xflr5.htm
  • Tornado:http://www.flyg.kth.se/divisions/aero/software/tornado/tornado.html
  • AGARD-AR-303 Volume 1 & 2: "A Selection of Experimental Test Cases for the Validation of CFD Codes"AGARD-AR-303 Volume 1 & 2: "A Selection of Experimental Test Cases for the Validation of CFD Codes"
  • Abbott,Ira H.; and von Doenhoff,Albert E - “Theory of Airfoil Sections”