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CFD Software per l'analisi termica e fluidodinamica

Progettare aerei con la CFD: esempi di simulazione aerodinamica

Lo scopo dell’aerodinamica è quello di predire le forze e i momenti che agiscono su un corpo mediante l’azione di un fluido. L’aerodinamica è la base della industria aerospaziale; perciò la simulazione aerodinamica su aerei e altri veicoli si rende necessaria per ottenere dei prototipi affidabili.

Negli ultimi trent’anni l’aerodinamica è stata effettuata sperimentalmente; soprattutto realizzando prove sui modelli nella galleria del vento (wind tunnel).

La Computational Fluid Dynamics, conosciuta anche come CFD, è una branca della meccanica dei fluidi ed è definita come l’insieme di metodologie che consentono al computer di fornire con una simulazione numerica i flussi dei fluidi.

Oggi le simulazioni CFD contribuiscono in modo sostanziale alla progettazione dei velivoli. Esempi importanti in questa direzione sono costituiti dallo sviluppo di una nuova generazione di aerei commerciali e militari e di velivoli senza pilota, i droni.

Le simulazioni CFD gestiscono numericamente – cioè mediante calcoli – le leggi che governano il moto dei fluidi, all’interno di un ambiente “virtuale” di simulazione. Quest’ultimo è in grado di visualizzare l’intero sistema e il suo comportamento attraverso strumenti di visualizzazione, con un incredibili livelli di realismo, simili a quelli dei potenti giochi per computer e/o animazioni di film.

Dunque le analisi CFD possono essere contrapposte ad una indagine sperimentale, consentendo risultati più accurati ed affidabili, con maggiori informazione sulle prestazioni del velivolo, prima ancora che questo inizi il ciclo di progettazione.

FLOEFD

Uno degli strumenti più completi e potenti per effettuare analisi CFD è FLOEFD, di Mentor Graphics. FLOEFD è stato utilizzato con successo per simulare l’aerodinamica esterna su diversi aerei. Rispetto ad un approccio CFD tradizionale, FLOEFD consente di ottenere risultati molto affidabili.

In FLOEFD sono disponibili diversi modelli matematici per effettuare analisi complesse. Essi considerano una serie di fattori fisici nell’ambito di modelli con flusso laminare o turbolento e adottando il calcolo del numeri di Reynolds in flussi subsonici, transonici e supersonici.

FLOEFD dispone di vari tool per la visualizzazione dei risultati, consentendo di ottenere parametri aerodinamici in forma comprensibile, come per esempio il calcolo del coefficiente di resistenza termica (drag coefficient), comunemente chiamato Cd or Cx.

Per capire la potenza di FLOEFD, può essere utile osservare le immagini sottostanti, che riportano i risultati di una simulazione transitoria che ho effettuato su un modello 3D di una aircraft (il modello geometrico è stato scaricato dal GrabCAD).

Esempi di applicazione

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