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Cira

 
lunedì 25 luglio 2016
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martedì 14 febbraio 2017
Fluid Mechanics
No
Nell'ambito della Meccanica dei Fluidi si sviluppano le capacità di progettazione aerodinamica di forme complesse attraverso l'utilizzo della CFD e di progettazione multidisciplinare sia per i velivoli ad ala fissa che ad ala rotante e per i velivoli spaziali (inclusi i lanciatori).
Computational Fluid Dynamics, Unsteady Aerodinamics, Aeronautical Propulsion Integration, Airflow Control, High Lift Devices, Wing Design, Aerodynamics of External and Removable Items, Flight Physics
Icing Wind Tunnel (IWT), Pilot Tunnel (PT-1)
Meccanica dei fluidi

 

 

Meccanica dei fluidi<img alt="" src="http://webtest.cira.it/PublishingImages/MEFL-4.png" style="BORDER:0px solid;" />https://www.cira.it/it/competenze/meccanica-dei-fluidi/Meccanica dei fluidiMeccanica dei fluidi<p>Le aree di interesse dell'unità meccanica dei fluidi vanno dalla ricerca di base alle applicazioni industriali. Gli obiettivi e la missione dell'unità meccanica dei fluidi sono stati definiti usando a riferimento l'agenda strategica della ricerca aeronautica ("Strategic Research and Innovation Agenda"  SRIA ) che definisce gli obiettivi di sviluppo tecnologico che l'aeronautica dovrà raggiungere entro il 2050. Nel dettaglio le sfide affrontate dall'unità sono:</p><ul><li><strong>Leadership industriale</strong></li><ul><li>Miglioramento della competitività dell'industria aeronautica italiana,</li><li>Miglioramento dei processi di progettazione realizzazione e certificazione (riduzione dei costi di certificazione del 50%)</li></ul><li><strong>Protezione dell'ambiente</strong></li><ul><li>Riduzione delle emissioni di CO<sub>2</sub> per passeggero e per chilometro del 75% e riduzione delle emissioni di NO<sub>X</sub> del 90%</li><li>Riduzione dell'inquinamento acustico del 65%</li><li>Miglioramento dell'uso di combustibili alternativi (inclusa la propulsione elettrica)</li></ul><li><strong>Sicurezza</strong></li><ul><li>Riduzione del numero di incidenti a meno di un incidente ogni 10 milioni di voli commerciali con un attenzione particolare alle condizione meteorologiche avverse</li></ul></ul><p>L'unità di meccanica dei fluidi è inoltre impegnata in supporto agli altri dipartimenti del CIRA nelle problematiche legate all'accesso allo spazio ed allo sviluppo di velivoli non pilotati. Infine l'unità è anche impegnata nel trasferimento delle tecnologie verso ambiti non strettamente aeronautici quali quello dell'automobile e quello energetico.</p><p>I principali obiettivi dell'unità sono:</p><ul><li>Sviluppare, manutenere e migliorare la capacità di progettazione aerodinamica di forme complesse attraverso l'utilizzo della CFD</li><li>Sviluppare, manutenere e migliorare la capacità di progettazione multidisciplinare sia per i velivoli ad ala fissa che ad ala rotante</li><li>Sviluppare, manutenere e migliorare la capacità per lo sviluppo di modelli numerici per la simulazione della turbolenza e della transizione laminare-turbolento </li></ul><p style="text-align:center;"><img class="ms-rtePosition-4" src="http://webtest.cira.it/PublishingImages/MEFL%20Figura%203.png?RenditionID=9" alt="" style="margin:5px;width:546px;height:339px;" /></p><p style="text-align:center;"> Flow control and laminar-turblent transition</p><p><span aria-hidden="true"></span>  Sviluppare, manutenere e migliorare la capacità per lo sviluppo di modelli numerici per la simulazione numerica dell'accrescimento ghiaccio e dei sistemi di protezione dal ghiaccio.</p><ul><li>Utilizzare tutte le capacità elencate per la progettazione e lo studio di velivoli ad ala fissa, ala rotante e velivoli spaziali (inclusi i lanciatori) </li><li>Sviluppo di data-base aerodinamici;</li><li>Progettazione ed analisi di dettaglio di componenti; </li></ul><p style="text-align:center;"><img src="http://webtest.cira.it/PublishingImages/MEFL%20Figura%204.png?RenditionID=9" alt="" style="margin:5px;width:498px;height:292px;" /></p><p style="text-align:center;">Engine-airframe integration</p><p> </p><ul><li>Supporto nella progettazione di sistemi di protezione dal ghiaccio e nell'esecuzione di campagne di prove sperimentali nella galleria a ghiaccio del CIRA (IWT);</li><li>Analisi aerodinamica di oggetti non aerodinamici (e.g. automobili, turbine eoliche, …)</li></ul><p> </p><p>Anche se apparentemente la CFD può essere considerata una tecnologia matura ci sono ancora diverse problematiche che non sono ancora state risolte: </p><p>La maggior parte degli strumenti CFD non sono adeguati per lo studio di flussi transizionali e dominati dalla presenza di vorticità:</p><ul><li>Elicotteri</li><li>Sistemi di alta portanza</li><li>Flussi separati</li></ul><p>Per risolvere questo problema è necessario utilizzare strumenti di alto ordine quali "<strong>Large Eddy Simulation</strong>" (LES), o addirittura simulazione diretta (DNS).</p><ul><li>Molti dei codici numerici disponibili possono simulare anche geometrie complesse, ma spesso sono limitati ad un'accuratezza del secondo ordine e non possono risolvere accuratamente la turbolenza;</li><li>Le simulazioni di flussi instazionari sono ancora troppo onerose dal punto di vista computazionale ed hanno limiti di accuratezza;</li><li>Le capacità di calcolo stanno progredendo in modo rapido ed imprevedibile e pertanto è necessario adattare I codici CFD a queste nuove tecnologie.</li><li>L'utilizzo della CFD nella progettazione aerospaziale è ancora severamente limitato dall'incapacità di simulare in modo accurato flussi turbolenti con ampie regioni separate;</li><li>La generazione di griglie computazionali è il collo di bottiglia della CFD pertanto è necessario cercare di rendere questo tipo di operazione il più automatico possibile.<br></li></ul><p>Le nuove frontiere della CFD sono:</p><ul><li>Simulazioni multidisciplinari</li><li>Ottimizzazioni (con un numero elevato di simulazioni accurate)</li></ul><p>Entrambe richiedono:</p><ul><li>Generazione automatica di griglie computazionali</li><li>Incremento della robustezza</li><li>Conoscenza del livello di incertezza</li><li>Sviluppo di metodi 'surrogati' e a 'bassa-fedeltà' che possano essere usati in modo efficienti nei processi di ottimizzazione</li></ul><p>Dalle problematiche di certificazione e sicurezza è emersa recentemente la necessità di utilizzare metodi di CFD per affrontare le problematiche di<strong> accrescimento ghiaccio</strong>:</p><ul><li>Simulazione accrescimento ghiaccio in 3D;</li><li>Simulazione di "<strong>Supercooled Large Droplets</strong>" e cristalli di giaccio;</li><li>Simulazione di problematiche tipiche per delle pale dei rotori quali erosione e 'Ice Shedding'</li><li>Sviluppo di modelli per la simulazione dei sistemi di protezione dal ghiaccio e loro inclusione nelle procedure di progettazione.</li></ul><p>Le<strong> aree di eccellenza </strong>sono riassunte nel seguito:</p><ul><li>Ottimizzazione numerica</li><li>Quantificazione dell'incertezza</li><li>Procedure di progettazione affidabili</li><li>Gestione parametrica delle geometrie</li><li>Generazione di griglie parametriche</li><li>Sviluppo di metodi avanzati di ottimizzazione </li><li>Sviluppo di metodi "surrogati" e basati su superfici di risposta</li><li>Modelli di turbolenza</li><ul><li>Attuatori per il controllo del flusso </li><li>Metodi ibridi RANS-LES</li><li>LES per flussi esterni e flussi reagenti</li></ul><li>Modelli di transizione</li><ul><li>Stabilità lineare</li><li>Predizione della transizione all'interno di metodi RANS</li></ul><li>Modelli per la simulazione di ali rotanti</li><ul><li>Simulazione delle scie in presenza di ostacoli</li><li>Tecniche di accelerazione mediante 'Fast Multipole Methods'</li></ul><li>Simulazione dell'accrescimento ghiaccio e dei sistemi di protezione dal ghiaccio </li></ul><p> </p>

 Galleria Multimediale

 

 

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 Attività