Estudio y caracterización aerodinámica de un aeroplano Standard Cirrus mediante CFD

Abstract

[EN] Along this Degree¿s Final Project, an aerodynamic study concerning the longitudinal stability derivatives of the Standard Cirrus sailplane model has been carried out using computational fluid dynamics¿ simulations. As of today, computational fluid dynamics¿ techniques are of the utmost importance for engineering companies, since they offer numerous advantages and a wide range of applications, with which multiple simulations under different scenarios can be performed. This opens a way towards significant savings for the entities making use of them. In this project, the study begins with a theoretical introduction on the equations that govern the behaviour of an aircraft, as well as the CFD techniques applied through the commercial software STAR CCM+. After that, the procedures for the two-dimensional simulations of the FX 66-17 A II-182 airfoil and the three-dimensional simulations of the wing and the whole aircraft are presented. Then, the results obtained from the stability derivatives, the comparison between them and the flow around the studied body are analyzed. Finally, the three-view plan, the budget containing the costs associated to the project and the scope statement concerning the security conditions in the workplace are included.

[CA] En la realització d’aquest Treball Fi de Grau s’ha portat a terme un estudi aerodinàmic de derivades d’estabilitat longitudinal de l’aeroplà model Standard Cirrus mitjançant tècniques de simulació CFD. Les tècniques de la Mecànica de Fluids Computacional (Computational Fluid Dynamics) tenen hui dia gran importància en la industria ja que ofereixen nombrosos avantatges i una àmplia gama d’aplicacions, per tant, permeten realitzar elevat nombre de simulacions en una multitud de possibles escenaris suposant un gran estalvi en termes monetaris per a les entitats que l’utilitzen. En aquest projecte, l’estudi comença amb una introducció teòrica sobre les equacions que regeixen el comportament d’una aeronau durant vol així com les tècniques CFD aplicades mitjançant el programari comercial STAR CCM+. Després, es detallen els procediments duts a terme tant per al càlcul bidimensional del perfil aerodinàmic FX 66-17 A II-182 com per a l’ala i l’aeroplà en la seua totalitat. A continuació, es presenten els resultats obtinguts en el càlcul de derivades d’estabilitat i comparativa entre les diferents simulacions. Es realitza un anàlisis del camp fluid al voltant del cos d’interès i s’extrauen conclusions dels resultats obtinguts. Finalment, s’inclouen els plànols de l’aeroplà estudiat, el pressupost amb els costs associats a la realització del projecte i el plec de condicions que estableix els requisits de seguretat necessaris en l’entorn de treball.

[ES] En la realización de este Trabajo Fin de Grado se ha llevado a cabo un estudio aerodinámico sobre derivadas de estabilidad longitudinales del aeroplano modelo Standard Cirrus mediante técnicas de simulación CFD. Las técnicas de Mecánica de Fluidos Computacional (Computational Fluid Dynamics) tienen hoy en día gran importancia en la industria debido a que ofrecen numerosas ventajas y una amplia gama de aplicaciones, con lo cual permiten realizar elevado número de simulaciones bajo multitud de posibles escenarios suponiendo grandes ahorros en términos monetarios a las entidades que lo utilizan. En este proyecto, el estudio comienza con una introducción teórica sobre las ecuaciones que rigen el comportamiento de una aeronave en vuelo así como las técnicas CFD aplicadas mediante el software comercial STAR CCM+. Tras ello se detallan los procedimientos llevados a cabo tanto para el cálculo bidimensional del perfil aerodinámico FX 66-17 A II-182 como el cálculo tridimensional del ala y el aeroplano completo. A continuación se presentan los resultados obtenidos en el cálculo de derivadas de estabilidad y comparativa entre las diferentes simulaciones. Se realiza un análisis del campo fluido alrededor del cuerpo estudiado y se extraen conclusiones de los resultados obtenidos. Finalmente, se incluyen los planos del aeroplano estudiado, el presupuesto con los costes asociados a la realización del proyecto y el pliego de condiciones que establece los requisitos de seguridad necesarios en el entorno de trabajo.