Keywords: CFD, CAA, fluidodinamica, aeroacustica, ottimizzazione multidisciplinare, accrescimento del ghiaccio, sistemi di protezione dal ghiaccio, incremento delle prestazioni aerodinamiche, riduzione delle emissioni acustiche, riduzione dell’impatto ambientale, predizione della transizione da laminare a turbolento, tecniche per il controllo del flusso, riduzione della resistenza.
DESCRIZIONE GENERALE
Il Laboratorio persegue i seguenti obiettivi: lo studio e la comprensione di fenomenologie fluidodinamiche che rappresentano la base per lo sviluppo di modelli fisici più accurati; la definizione, l’implementazione, la verifica e validazione di metodologie computazionali aerodinamiche ed aeroacustiche con inclusione di aspetti multidisciplinari nei regimi subsonico, transonico e supersonico; integrazione delle metodologie teorico numeriche con quelle sperimentali di aerodinamica e aeroacustica ambientale; sviluppo di tecnologie innovative. Si svolgono anche alcune attività dedicate allo sviluppo e alla validazione della modellistica fisica e di metodologie numeriche per lo studio dei fenomeni meteorologici.
Aspetti quali la genesi e la propagazione del rumore aerodinamico, la modellistica della turbolenza, la transizione di un flusso da laminare a turbolento, il controllo della separazione del flusso, la propagazione di onde di pressione, la formazione di bolle laminari a basso numero di Reynolds vengono ampiamente investigati allo scopo di sviluppare nuovi modelli teorico-numerici.
I modelli sviluppati sono implementati e validati attraverso applicazioni ad accurati esperimenti di riferimento ed infine integrati nelle metodologie computazionali aerodinamiche ed aeroacustiche. Queste metodologie permettono di valutare le prestazioni aerodinamiche ed aeroacustiche di un corpo in moto in un fluido nei regimi subsonico, transonico e supersonico. Diversi aspetti multidisciplinari, quali la formazione del ghiaccio, le tecniche per il controllo del flusso (suzione, soffiamento, synthetic jet, plasma jet, trapped vortex, micro and macro vortex generators), la deformazione delle strutture con conseguente accoppiamento aerodinamica-strutture, sono stati inclusi in queste tecniche e permettono di analizzare e risolvere un’ampia gamma di problemi afferenti a diversi campi di applicazione (aeronautica, navale, ambientale, ecc.).
A complemento della attività numerico-teoriche, il laboratorio è impegnato anche
• nello sviluppo di attività di servizio per conto dell’industria aeronautica e/o per altri settori quali quello civile (e.g. impatto del vento), militare, astronomico, meteorologico, ecchttp://www.cira.it/html/italiano
• nell’addestramento e formazione di giovani ricercatori, dottorandi e studenti.
TEMATICHE PRINCIPALI
CFD
• Studio e comprensione di fenomenologie fluidodinamiche di base per lo sviluppo di modelli fisici più accurati; ad esempio: previsione della transizione laminare-turbolento, modellistica dei flussi turbolenti, ricettività, controllo del flusso.
• Definizione, integrazione, verifica e validazione di metodologie computazionali aerodinamiche innovative nei regimi subsonico, transonico e supersonico.
CAA
• Studio e comprensione di fenomenologie aeroacustiche di base per lo sviluppo di modelli fisici più accurati; ad esempio: caratterizzazione di sorgenti acustiche per jet-noise, airframe-noise e rotor/propeller-noise;
• sviluppo di metodi FEM e DGM per la progazione acustica in flussi non uniformi nel dominio della frequenza e del tempo, per applicazioni turbomacchinistiche;
• sviluppo di metodi integrali di tipo FW-H per la predizione del rumore di rotori di elicottero ed eliche;
• sviluppo di metodi semi-analitici / semi-empirici per la predizione del rumore generato dalle varie sorgenti di un velivolo e loro impiego in catene di ottimizzazione multi-disciplinare;
• sviluppo di tecniche stocastiche per la predizione del rumore generato da flussi turbolenti.
Ottimizzazione Multidisciplinare
Definizione, implementazione, verifica e validazione di metodologie computazionali aerodinamiche con inclusione di aspetti multidisciplinari (ghiaccio, sistemi propulsivi, deformabilità strutture) nei regimi subsonico, transonico e supersonico.
Modellistica e Metodologie per la Meteorologia
Sviluppo e validazione della modellistica fisica e di metodologie numeriche per lo studio dei fenomeni meteorologici.
CAPACITÀ & COMPETENZE PRIMARIE
• CFD- Computational Fluid Dynamics
• CAA Computational Aero Acoustics
• Modellistica fluidodinamica : transizione laminare/turbolento, turbolenza, ricettività
• Modellistica aeroacustica: genesi di rumore di flussi turbolenti liberi (jet-noise) e confinati (airframe-noise)
• Metodologie per ottimizzazione multidisciplinare
• Tecnologie per l’incremento delle prestazioni aerodinamiche
• Tecnologie per la riduzione delle emissioni acustiche
• Modellistica teorico-numerica per la meteorologia
STRUMENTI
SW Proprietari
Metodi MDA/ MDO, Generazione griglie (ZENDOMO, ZENGRID, IB-PRE), Simulatori fluidodinamici (EROS, ZEN, U-ZEN, DES-ZEN, IB-FLOW, NEROS), metodi LES (B-Layer, LES-foil), metodi per analisi acustiche (OLA (FW-H), GFD (GFD), OptydB (FEM)), metodi per la predizione della transizione da flusso laminare a turbolento (CIRA-COSAL, NOLLI, Data-Base Method) in regime subsonico, transonico, supersonico e ipersonico (criteri ingegneristici), metodi di decomposizione delle forze aerodinamiche (VISSEZ, AERODATA, AEROFORCE)
SW Commerciali
Generazione di griglie di calcolo: (ICEM-CFD HEXA, ICEM-CFD TETRA, GRIDGEN, GAMBIT TETRA), Transizione da flusso laminare a turbolento (COSAL), Ambienti e metodi per MDA/MDO (Optimus), Visualizzazione (Tecplot)
SERVIZI EROGABILI ED APPLICAZIONI
I comparti del settore aeronautico sui quali si hanno ricadute sono: l’Ala Fissa, l’Ala Rotante, la Motoristica (relativamente alle emissioni acustiche ed inquinanti, efficienza del sistema propulsivo, etc.), ATM (relativamente all’acustica ambientale, emissioni).
Alcune applicazioni tipiche sono:
• Analisi e ottimizzazione di eliche, di prop-rotors, di turbine eoliche.
• Analisi e ottimizzazione di tecnologie per il controllo del flusso laminare
• Controllo della separazione turbolenta.
• Analisi e ottimizzazione di configurazioni di velivoli ad ala fissa con inclusione degli effetti dei sistemi propulsivi.
• Simulazione ed Ottimizzazione multi-disciplinare.
• Sviluppo di tecnologie per la riduzione del rumore
• Predizione del rumore emesso e sua propagazione
• Progettazione di eliche
• Predizione di flussi in galleria del vento.
• Definizone di test-beds sperimentali per lo studio ed il confronto di tecnologie innovative (e.g sistemi per il controllo del flusso), quali suzione/soffia mento, trapped vortex, synthetic jets, plasma jets, micro e macro vortex generators, wing morphing
PROGETTI IN CORSO
• Progetto JTI-Clean Sky Green Regional Aircraft, parte del programma della Comunità Europea JTI Clean-Sky, ha come obiettivo lo sviluppo di tecnologie per ridurre l'impatto ambientale dei velivoli regionali di nuova generazione. Il progetto ha la durata di 7 anni.
• Progetto JTI-Clean Sky, Green Rotorcraft (GRC), parte del programma della Comunità Europea JTI Clean-Sky, ha come obiettivo lo sviluppo di tecnologie per ridurre l'impatto ambientale dei velivoli ad ala rotante di nuova generazione.
• Progetto CESAR – (Cost Effective Small AiRcarft),finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del VI PQ è un progetto integrato il cui obiettivo è quello di aumentare la competitività europei nello sviluppo dei piccoli velivoli (ad elica ed a getto) che operano nell’ambito dell’aviazione commerciale.
• Progetto PLASMAERO, finanziato dalla Commissione Europea, ha come obiettivo lo studio di sistemi del controllo del flusso aerodinamico basato su dispositivi al plasma. Lo scopo può essere il controllo della separazione del flusso, l’interazione onda d’urto strato limite, thrust vectoring
• Progetto VCELL2050, finanziato dalla Commissione Europea, l’obiettivo è lo sviluppo di una tecnologia innovativa per il controllo della separazione del flusso su profili spessi; tale tecnologia si basa sulla creazione di speciali cavità nei profili capaci di intrappolare vortici.
• Progetto PPLANE, finanziato dalla Commissione Europea, ha come obiettivo lo sviluppo di concetti Personal Air Vehicles (PAVs) mediante analisi di vari concetti operazionali e verifica ambientale.
• Progetto OPENAIR (OPtimisation for low Environmental Noise impact AIRcraft) è un Livello-2 del 7° FWP il cui obiettivo è quello di sviluppare tecnologie per la riduzione dell’impatto acustico. Il CIRA partecipa con l'obiettivo di sviluppare un concetto innovativo, mediante uno studio di fattibilità teorico-numerico e prove sperimentali, di un dispositivo di controllo attivo del rumore irradiato all'esterno dal condotto di by-pass.
• Progetto CMCC. Nell’ambito di questo progetto FIFL partecipa con lo svolgimento dello studio di fattibilità per un solutore innovativo per l’analisi meteorologica su piccola scala realizzato e concordato nel consorzio COSMO.
CUSTOMER & PARTNERS
AgustaWestland, Alenia Aeroanutica, Aermacchi, Piaggio Aero Industries, oltre che tutti i maggiori centri di ricerche Europei ed innumerevoli università sia Italiane che Europee.
Contatto
Marcello Amato
Tel. +39 0823 623310
email: m.amato@cira.it
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