Simulazione numerica dell'interazione aerodinamica elicottero-ostacolo

The numerical work described in the present master's thesis investigated the aerodynamic interation between a helicopter and a ground obstacle of dimensions comparable to the rotor radius and parallelepiped shape. In details, the aim of this thesis was to validate the used numerical method through a comparison with the available experimental data, consisting of the rotor performance indices, of the obstacle pressure field and of the velocity field regarding a limited spatial window lying on the body's symmetry plane. The numerical code was constituted by ROSITA, a Navier-Stokes compressible equations solutor, and by a program implementing the Blade Element Momentum Theory (BEMT), running iteratevely in order to obtain a wakes' full coupling method. The simulations were conducted supposing a hovering flight at estabilished positions with respect to the obstacle with the aim of replicate some of the most interesting configurations between those highlighted from previous wind tunnel measurements. In particular a slow horizontal approach of the helicopter was simulated. Results with the rotor positioned above one of the upper edges of the parallelepiped confirmed a thrust lower than expected and a highly asymmetrical frontal face pressure pattern. The concomitant simulation of other relative positions permitted to understand the evolution of the vortical structures positioned close to the obstacle underlying the aircraft.

Il lavoro numerico descritto nella presente tesi ha indagato l'interazione aerodinamica tra un elicottero e un ostacolo al suolo di dimensioni paragonabili al raggio del rotore e forma parallelepipeda. Nel dettaglio, lo scopo della tesi è stato quello di validare il metodo numerico utilizzato attraverso un confronto con i dati sperimentali a disposizione, consistenti negli indici di prestazione del rotore, nel campo di pressione agente sull'ostacolo e nel campo di moto su di una limitata finestra spaziale appartenente al piano di simmetria del corpo. Il codice numerico utilizzato è stato costituito da ROSITA, solutore delle equazioni comprimibili di Navier-Stokes, e da un programma implementante la Blade Element Momentum Theory (BEMT), agenti iterativamente in modo da ottenere un metodo ad accoppiamento completo tra le scie. Le simulazioni sono state condotte in condizioni stazionarie supponendo un volo a punto fisso a stabilite posizioni relative rispetto all'ostacolo al fine di replicare alcune tra le configurazioni più interessanti evidenziate dalle precedenti misurazioni in galleria del vento. In particolare è stato simulato un lento avvicinamento orizzontale dell'elicottero all'ostacolo. I risultati con rotore posizionato sopra uno degli spigoli superiori del parallelepipedo hanno confermato l'ottenimento di una trazione inferiore rispetto a quanto atteso e un'asimmetria nel campo di pressione agente sulla faccia frontale. La contestuale simulazione di altre posizioni relative ha permesso di comprendere l'evoluzione delle strutture vorticose creatisi a fianco dell'ostacolo al di sotto dell'aeromobile.