Numerical investigation of aerodynamic loads for a dropped payload via Ccimera method

Dropping a payload from an aircraft bay into an external flow creates an interesting and complex aerodynamic problem. Its correct prediction using numerical tools is important for both the possible vibrations acting on the bay and the effect of the unsteady loads on the trajectory of the payload. Due to the presence of multiple bodies with non-zero relative velocity less conventional CFD approaches such as the Chimera grid method are required. This work focusses on understanding the different aerodynamic phenomena that influence the flow and their effect on the payload, using ROSITA, a chimera grid solver developed at Politecnico di Milano. The problem is simplified to a 2D slice, with the payload modelled as a generic airfoil, which is dropped into a transonic external flow. Both an Euler and a URANS case are presented, in order better to understand the impact of viscosity on the flow field. During the verification phase, several criticalities of the approach have been highlighted, but the main phenomena seem to be relatively consistent. The results have then been thoroughly analysed, with significant discrepancies between the two cases starting from the very first instants of the fall, stemming from the more complex flow solution created inside the cavity in the viscous case.

La caduta di un corpo dalla baia di un velivolo crea delle condizioni aerodinamiche di notevole complessità, la cui identificazione tramite strumenti numerici è importante sia relativamente alle vibrazioni della baia stessa che all'effetto dei carichi instazionari che agiscono sulla traiettoria del corpo. Data la presenza di più corpi con velocità relativa non nulla è necessario l'uso di tecniche CFD meno convenzionali, come le griglie chimera. Il presente lavoro si concentra sullo studio dei fenomeni aerodinamici che infuenzano il flusso e sull'effetto che essi hanno sulla caduta del corpo, facendo uso di ROSITA, un codice CFD sviluppato al Politecnico di Milano. Il problema viene semplificato ad una sezione 2D idealizzata, modellando il carico come un generico profilo alare lanciato in un flusso esterno transonico; viene presentata la soluzione sia utilizzando le equazioni di Eulero che le RANS, in modo da comprendere maglio l'impatto della viscosità sull'evoluzione del flusso. Durante le fasi di verifica diversi punti di criticità sono stati individuati, ma i principali fenomeni sembrano presentarsi in maniera molto consistente. I risultati sono successivamente stati analizzati più a fondo, evidenziando sostanziali differenze nei due approcci, create dell'impatto della viscosità sulle condizioni sviluppate all'interno della baia durante le condizioni iniziali del problema.