Lift coefficient prediction through a RANS simulation of a NACA 23012 airfoil at low reynolds number

The Blade-Vortex interaction (BVI) has returned to the forefront of aerodynamics research in the domain of rotorcrafts: It is the interaction between tip vortexes and other blades in a rotor. This happens in delicate flight manoeuvres of rotorcrafts, leading to the necessity of the study. It has returned in the forefront of research because of new rotorcraft configurations as E-VTOL drones and tiltrotors. Before studying the interaction of blades with one another, the complete characterization of an airfoil is a necessity. The airfoil chosen for the work is the NACA 23012 airfoil, for its massive use in the world of rotorcrafts. In the case in hand, of low reynolds (Re = 3 ∗ 105), the NACA 23012 airfoil has a large amount of data gathered, but the amount of data is not in complete agreement in the linear part, becoming even worse in the stall region. The maximum Cl changes with the experiments, and the angle of attack at maximum Cl changes, needing a new wave of experiments and simulations at high angles of attack to obtain a better understanding of the flow in this region. To do so, in this work a RANS simulation was chosen to perform this task. The simulation was performed using the OpenFOAM incompressible solver. The simulation was performed with different turbolence models, namely the Spalart-Allmaras turbolence model and the so called Langtry Menter K − ω SST model. The convergence of the mesh was performed at α = 2◦ to compare it with the results of the other experiments. The results are in line with the other RANS simulations. A Three dimensional RANS simulation is still required to complete the results.

L’interazione Vortice Pala è la tornata alla ribalta della ricerca di base aeronautica nel mondo dell’ala rotante. Questa è la interazione tra i vortici di fine pala e le altre pale del rotore. L’importanza di questa interazione è data dai regimi di volo delicati in cui questo fenomeno appare, portando alla necessità di questo studio. Inoltre, con lo sviluppo di nuovi apparecchi quali i convertiplani e i droni E-VTOL, è tornato ad essere importante. Prima di completare questo studio, è necessario avere una caratterizzazione completa del profilo fino allo stallo. Il profilo scelto è il NACA 23012, per via del suo uso massiccio nel mondo dell’ala rotante Per quanto la letteratura abbia tanti studi già completati sul profilo NACA 23012 a bassi numeri di reynolds, l’accordo non è alto nella parte lineare della retta, diventando ancora meno presente nella zona dello stallo, rendendo quindi necessario uno studio in questa regione. Per questo, il presente studio è stato completato attraverso delle simulazioni RANS. Per le simulazioni sono stati scelti due modelli di turbolenza diversi: Spalart-Allmaras e Langtry Menter K − ω SST. Per avere convergenza della Mesh, i risultati sono stati comparati a 2◦, in cui l’accordo è più alto. I risultati sono in linea con altri risultati di simulazioni RANS e alcuni risultati sperimentali. Una simulazione tridimensionale è comunque necessaria per poter confrontare correttamente i risultati.