Investigação de Escoamentos Compressíveis Turbulentos sobre Aerofólios Utilizando Simulações de Alta-Resolução

Resumo

O fenômeno de estol dinâmico é geralmente encontrado em rotores de helicópteros que estão em voo frontal ou em operação de manobras, e é responsável por causar grandes cargas torcionais e vibrações nas pás do rotor. Assim, ele é um fator limitante para o desempenho de helicópteros. Sabe-se que quando a extensão da região viscosa é da ordem da espessura do aerofólio, i.e., em condições de estol leve, o amortecimento negativo é mais propenso a ocorrer. Nesse regime, a geometria do aerofólio, a frequência reduzida, o ângulo de incidência máximo e números de Reynolds e Mach influenciam no comportamento dinâmico do escoamento. Além disso, quando ondas de choque estão presentes, elas alteram o mecanismo de formação do estol dinâmico por meio da separação da camada limite. Diversos modelos matemáticos e métodos de mecânica dos fluidos computacional foram empregados na tentativa de predizer os efeitos do estol dinâmico. No entanto, eles falharam em prover resultados satisfatórios em números de Reynolds e Mach apropriados para o ambiente de rotores de helicópteros. Ademais, tanto os mecanismos físicos que ocorrem em estol dinâmico, mesmo em casos incompressíveis, quanto em interações de choque e turbulência ainda não são completamente compreendidos. Nesse sentido, esse trabalho propõem empregar simulações de grandes escalas com esquemas de alta-resolução para estudar escoamentos turbulentos compressíveis condizentes com situações que possam ser encontradas em rotores aeronáuticos. Concomitantemente, técnicas de análises estatísticas serão conduzidas para investigar os padrões de estruturas turbulentas coerentes a fim de se entender a física dos escoamentos compressíveis estudados. (AU)