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Dissertação

{pt_PT=Aerodynamic Optimization of Airfoil Shape for Subsonic, Transonic, Supersonic and Hypersonic Speeds } {} EVALUATED

Detalhes: {pt=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., en=Hypersonic flight has been the subject of numerous research programs throughout the last eight decades. This work aims to study and optimize the aerodynamic performance of a two-dimensional baseline airfoil (NACA0012) at distinct speeds within the framework of a hypersonic transport aircraft. Hence, a mission profile has been defined, from which four points representing the subsonic (Mach=0.5), transonic (Mach=1.0), supersonic (Mach=2.0), and hypersonic (Mach=6.0) flow conditions have been selected. To carry out the flow study and optimization procedures, a methodology has been implemented based on CFD simulations performed on the high-fidelity solver SU2, where RANS equations have been chosen as governing equations together with SA as turbulence model. The computational mesh has been generated via GMSH, followed by a Grid Convergence Study, which has ensured spatial convergence and grid-independent numerical results for each of the speed regimes. Gradient-based optimizations have been conducted using drag as the objective function to be minimized, as well as the Free-Form Deformation technique as the parameterization method. Moreover, an additional optimization for the hypersonic case has been carried out using a Genetic Algorithm approach and Local Piston Theory. The optimization results show an overall improvement in aerodynamic performance, including decreases in the drag coefficient up to 79.2%. In the end, a morphing strategy has been laid out based on the optimal shapes produced by optimizations.}
Keywords: {pt=Hipersónico, Optimização Aerodinâmica, SU2, Mecânica de Fluídos Computacional, Perfil Alar, en=Hypersonic Flight, Aerodynamic Shape Optimization, SU2, Computational Fluid Dynamics, Airfoil}

Discussão: julho 15, 2022, 17:0