Validation and modification of the Valarezo-Chin method for the prediction of maximum lift

The research and the calculation of the maximum lift coefficient of the aircraft wings, are as complex, due to the complicated nonlinear behaviour of flow physics, as important, to avoid the dangerous phenomenon of stall, linked to it. Predicting this parameter already in the pre-conceptual phase of aircraft design, is fundamental, in order to start the project with the choice of the most suitable two-dimensional airfoils. Despite this, there are only few not totally empirical methods for the prediction of maximum lift, which are able to combine simplicity, low computational cost and accuracy of results. One of these is the pressure difference rule, theorised by engineers and AIAA members Valarezo and Chin, which pairs the recurrence of an empirical phenomenon, observed during airfoils stall in a wind tunnel, with a panel method, i.e. low-fidelity CFD. In this thesis, the operation of this interesting method has been analysed and its effectiveness has been verified, on a small number of NACA airfoils, at fixed Reynolds and Mach numbers. The study was carried out using XFOIL, a program created by engineer Drela, for the calculation of two-dimensional and subsonic aerodynamic problems, based on the panel method. Finally, given the low accuracy of the results, obtained from the analysis of the Valarezo-Chin method, a modification to this method is proposed, based on the dependence of aforementioned results on the shape of the airfoils: the data produced by this new method are better, but less reliable, since the small number of airfoils analysed.

La ricerca e il calcolo del coefficiente di massima portanza dell'ala di un aeromobile sono tanto complessi, per il complicato comportamento non lineare della fisica del flusso, quanto importanti, per evitare il pericoloso fenomeno dello stallo, ad esso legato. Prevedere tale parametro già nella fase preconcettuale di progettazione dell'aeromobile, è fondamentale al fine di avviare al meglio il progetto con la scelta dei profili alari bi-dimensionali più adatti. Nonostante ciò, sono pochi i metodi non totalmente empirici per la previsione della portanza massima, che associano semplicità, basso costo computazionale e precisione dei risultati. Uno di questi è la regola della differenza di pressione, teorizzata dagli ingegneri e membri dell'AIAA Valarezo e Chin, la quale combina la ricorrenza di un fenomeno empirico osservato durante lo stallo dei profili alari in galleria del vento, con un metodo a pannelli, ovvero low-fidelity CFD. Nella tesi è stato analizzato il funzionamento ed è stata verificata l'efficacia di questo interessante metodo su un piccolo numero di profili NACA, a numeri di Reynolds e Mach fissati. Lo studio è stato svolto grazie all'utilizzo di XFOIL, un programma, realizzato dell'ingegner Drela, per il calcolo di problemi aerodinamici bi-dimensionali e subsonici, basato su metodo a pannelli. Infine, vista la bassa accuratezza dei risultati ottenuti dall'analisi del metodo di Valarezo-Chin, è stata proposta una modifica ad esso, basata sulla dipendenza dei suddetti risultati dalla forma dei profili: i dati prodotti da questo nuovo criterio risultano migliori, ma meno affidabili, dato lo scarso numero di profili analizzati.