Missione:

Lo scopo primario della fluidodinamica numerica (CFD) è quello di simulare numericamente (risolvendo opportune equazioni tramite i calcolatori) l'andamento delle grandezze fisiche che variano per effetto delle interazioni tra fluidi e corpi in moto relativo. In particolare nel settore aerospaziale è di grande interesse la previsione delle forze e dei flussi aerodinamici che si generano durante il moto dei velivoli nell'atmosfera.

Il gruppo CFD si pone come missione:

Definire, sviluppare e verificare metodologie computazionali avanzate per applicazioni in campo fluidodinamico sia di ricerca che industriali, nei regimi di flusso subsonico, transonico e supersonico.
Sviluppare le competenze nelle metodologie computazionali coinvolte nell'analisi e nel progetto aerodinamico di configurazioni aerospaziali (velivoli ad ala fissa, ad ala rotante, lanciatori, ecc.) e non aeronautiche (automobili, vele, turbine eoliche, ecc.) con inclusione dei sistemi propulsivi, degli effetti aeroelastici e dei sistemi di controllo del flusso.
Dare supporto nella definizione e nell'analisi delle prove in galleria del vento (i.e. ottimizzare la matrice dei test, verificare i carichi, i regimi di moto, ecc.).
Fornire procedure necessarie all'estrapolazione alle condizioni di volo dei dati misurati in galleria del vento.
Fornire dati numerici in supporto dell'analisi aeroacustica

Obiettivi:

Anche se la fluidodinamica numerica (CFD) sembra essere oggi una disciplina matura, rimangono tuttavia delle aree critiche nelle quali occorre investire e nelle quali il CIRA è impegnato.

Non ci sono stati sostanziali progressi nei modelli fisici, quali quelli per la turbolenza e la transizione, negli ultimi 4 o 5 decenni.
La generazione di griglie continua ad essere un collo di bottiglia nel processo di analisi CFD ed in questo settore è necessario progredire verso l'automazione.
La maggior parte dei metodi CFD correntemente disponibili non sono pienamente adeguati per la simulazione di flussi instazionari e dominati da vortici, quindi per applicazioni nel settore dei velivoli ad ala rotante, dei sistemi di alta portanza ed in genere per flussi separati.
Le simulazioni di flussi instazionari sono estremamente costose e questioni sulla loro accuratezza sono ancora aperte
I calcolatori ad alte prestazioni (HPC) stanno progredendo rapidamente ed i codici CFD devono essere continuamente adattati alle nuove architetture per garantirne la massima efficienza.
Gran parte dei codici disponibili sono in grado di trattare geometrie complesse ma sono in genere limitati a schemi di secondo ordine

Nuove frontiere sono:

Le simulazioni multidisciplinari (MDO), quali interazione fluido-struttura, dinamica, ecc.
Ottimizzazione (con un grande numero di simulazioni CFD ed MDO accurate da effettuare in parallelo)

Entrambe richiedono:

Generazione automatica di griglie
Migliore affidabilità e adattabilità dei metodi di analisi CFD
Conoscenza dei livelli di incertezza

Temi di ricerca:

Il laboratorio LCFD si avvale di numerosi strumenti software, sia commerciali che sviluppati in casa. Questi si suddividono in sistemi CAD, modellatori geometrici per i domini di calcolo, generatori di griglie, solutori delle equazioni per la fluidodinamica e sistemi di post-processing. Segue un breve elenco dei codici principali.

Sistemi CAD commerciali: Rhino, CATIA
Solutore URANS strutturato multiblocco (sviluppato in casa): UZEN
Solutore URANS con generatore di griglie basato su contorni immersi (sviluppato in casa): SIMBA
Generatore di griglie (sviluppato in casa): ENGRID
Modellatori di domini per griglie multiblocco (sviluppati in casa): ENDOMO, PARDOMO.
Generatori di griglie commerciali: ICEM CFD, GRIDGEN/POINTWISE
Sistema di visualizzazione dei risultati (Post-processing) commerciale: Tecplot

Le aree di applicazione includono tutti i prodotti del settore aeronautico ed aerospaziale

VELIVOLI AD ALA ROTANTE

Aerodinamica dell'elicottero
Interazione tra pale e fluido, deformazione e flappeggio
Fase di conversione del convertiplano
Interazione tra scia e velivolo ad ala rotante

RIDUZIONE DELLA RESISTENZA AERODINAMICA

Controllo del flusso

Riduzione delle zone di separazione del flusso
Riduzione dell'attrito
Dispositivi instazionari (Gurney flap, getti sintetici e pulsanti, ecc...)

PROGETTO DI VELIVOLI

Configurazioni innovative
Miglioramento delle prestazioni in alta portanza
Cambiamenti di stabilità dei velivoli indotti da larghe deformazioni
Aerodinamica dell'ala battente
Simulazione del flutter transonico
Velivoli in manovra

INTEGRAZIONE TRA VELIVOLO E MOTORE

Integrazione gondola motore, effetto elica, prese d'aria
Studi sull'effetto termico indotto dal motore
Simulazione di compressor e turbine multi-stadio
Eliche contro-rotanti (CROR)

LANCIATORI

Fase di lancio
Rilascio degli stadi inferiori

PROCEDURE DI DESIGN AERODINAMICO

VELIVOLI AD ALA ROTANTE / ANALISI E RIDUZIONE DELLA RESISTENZA

Attività