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Dissertação

Aerodynamic Optimization of Airfoil Shape for Subsonic, Transonic, Supersonic and Hypersonic Speeds EVALUATED

Detalhes: A aviação hipersónica tem sido objecto de inúmeros programas de investigação ao longo das últimas décadas. Esta dissertação pretende estudar e optimizar o desempenho aerodinâmico de um perfil alar bidimensional (NACA0012) para diferentes velocidades, dentro de um contexto de aviação hipersónica. Nesse sentido, foi traçado um perfil de missão, do qual quatro pontos foram selecionados, representando os regimes subsónico (Mach=0.5), transónico (Mach=1.0), supersónico (Mach=2.0), e hipersónico (Mach=6.0). O perfil alar é primeiro analisado e depois optimizado para cada um destes quatro pontos. A metodologia responsável por estes procedimentos foi implementada com base em simulações numéricas e optimizações adjuvadas por gradientes, fazendo uso da ferramenta computacional SU2. As equações RANS foram escolhidas para modelar o comportamento do fluido, em conjunto com o modelo de turbulência SA. A malha foi gerada via GMSH, seguindo-se um Estudo de Convergência de Malha, assim garantindo a convergência espacial, bem como resultados númericos independentes da discretização da malha. Em relação às optimizações adjuvadas por gradientes, a resistência aerodinâmica foi escolhida como função objectivo a ser minimizada, e a técnica de parameterização geométrica escolhida foi a Free-Form Deformation, composta por 24 variáveis de desenho. Foi ainda efectuada uma optimização adicional para o caso hipersónico com base na Teoria de Pistão Local e recorrendo a um algoritmo genético. Os resultados demonstram uma redução no coeficiente de resistência aerodinâmica de até 79.2%, ao mesmo tempo que os requisitos referentes ao coeficiente de sustentação são satisfeitos. Por fim, uma estratégia de morphing foi estabelecida com base nos perfis alares optimizados.
Keywords: Hipersónico, Optimização Aerodinâmica, SU2, Mecânica de Fluídos Computacional, Perfil Alar

Discussão: julho 15, 2022, 17:0