CFD analysis of the release of a store from a rectangular cavity with local grid adaptation

Store separation is a widely studied aeronautical problem due to the complex and unsteady flow features generated when releasing a carriage inside a flow field. The aim of the work is to numerically investigate the separation of a store into a transonic flow field with grid adaptation using Flowmesh solver combined with the Mmg library for re-meshing. The solver is able to perform interpolation-free mesh adaptation in unsteady simulation within the arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) framework for the Euler equations, preserving the conservation of the underlying numerical scheme. In the first part of the work, numerical simulations of store modelled as a NACA 0012 releasing from different cavities into a supersonic flow are performed to present the arising flow features of the cavity problem. Then, a store occupying 80% of the cavity length is modelled to simulate a transonic release with an imposed vertical displacement. The peculiarities of the flow are presented in the form of pressure, lift and drag coefficients to evaluate the formation of vortices and shock waves. In the last section, the displacement of the body is computed by means of user-input and pressure forces to investigate a two-degrees of freedom fluid-structure interaction. The aim is to analyze the trajectory of stores with different mass and the associated force coefficients, as well as the flow features occurring inside the cavity and the arising shock waves over the separated carriage.

Lo sgancio di corpi da cavità interne è un problema aeronautico ampiamente studiato per via della sua complessità. Inoltre, le caratteristiche instazionarie del flusso generato da un oggetto rilasciato da una cavità sono tutt’oggi oggetto di ricerca. Lo scopo della tesi è di investigare numericamente la separazione di un corpo in un flusso transonico con adattazione di griglia. Il solutore Flowmesh, combinato con la libreria Mmg per il remeshing, è selezionato per la sua capacità di effettuare adattazione di griglia senza interpolazione in simulazioni instazionarie. Si basa sull’approccio Euleriano-Lagrangiano arbitrario (ALE) per le equazioni di Eulero, con cui è in grado di preservare la proprietà di conservazione dello schema numerico. Nella prima parte del lavoro vengono effettuate simulazioni numeriche di un corpo modellato come un profilo NACA 0012 rilasciato da differenti cavità in un flusso supersonico per presentare le proprietà del flusso di cavità. Successivamente, viene modellato un corpo occupante l’80% della lunghezza della cavità per simulare il rilascio in un flusso transonico con uno spostamento verticale imposto. Le peculiarità di questo flusso sono presentate sotto forma di coefficienti di pressione, portanza e resistenza all’avanzamento per valutare la formazione di vortici e onde d’urto. Nell’ultima parte dello studio, viene calcolato lo spostamento del corpo tramite forze esterne imposte e forze di pressione per investigare l’interazione fluido-struttura a due gradi di libertà. Lo scopo è quello di analizzare la traiettoria di corpi aventi differenti masse e i corrispettivi coefficienti, così come le proprietà del flusso che si manifestano nella cavità e le onde d’urto generate sul corpo sganciato.