Assessment of the vorticity confinement technique while evaluating blade vortex interactions in rotorcraft flows

This thesis will be centered on the numerical prediction and modeling of blade vortex interaction (BVI) in rotorcraft aerodynamics to attain a better understanding of this cause of noise generation. At the same time, the use of the vorticity con_nement technique will be employed. This will lead to comparisons between the results obtained while using a coarse grid and re-_ne grid. Accuracy in the results and time taken by the simulation are the key points to look after. As one of the most complete and detailed experiments carried on blade vortex interaction, the HART II campaign provides a good ground to start this project while providing the rotor to be used, that of the BO-105. The state-of-the-art CFD comprehensive code ROSITA, is used to carry out the computations of the coupled Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and the one-equation model of Spalart-Allmaras. ROSITA uses the multi-block Chimera technique to deal with the interaction between the grids pertaining to each single blade an the background as well. Three di_erent methods will be used to visualize the BVI and the e_ects of the vorticity con_nement technique. These methods are the vorticity magnitude, Q-criterion and Lambda-2 criterion.

Questa tesi trata delle modellazione e previsione numerica dell'interazione pala-vortice (BVI) in ambito elicotteristico per ottenere una migliore comprensione di tale causa di generazione di rumore. Allo stesso tempo, viene esplorato l'uso della tecnica del confinamento della vorticità. Verranno confrontati i risultati ottenuti attraverso l’utilizzo di una griglia di calcolo grossolana ed una griglia fine. La precisione dei risultati e tempo impiegato dalla simulazione sono i punti chiave del problema. Uno degli esperimenti più completi e dettagliati svolti sull’interazione pala-vortice è la campagna HART II sull’elicottero BO-105; è quindi stato utilizzato il rotore di tale elicottero per poter confrontare i risultati. Il codice CFD comprensivo ROSITA, viene utilizzato per eseguire risolvere il sistema di equazioni di Navier-Stokes mediate secondo Reynolds(RANS) accoppiate ad un modello di turbolenza ad una equazione, il modello di Spalart-Allmaras. ROSITA utilizza la tecnica Chimera per affrontare l'interazione tra le griglie relative a ciascuna singola pala ed ad una di sfondo. Tre diversi metodi saranno utilizzati per visualizzare il BVI e gli effetti della tecnica confinamento della vorticità, tali metodi sono il modulo della vorticità, il Q-criterio e il criterio Lambda-2.