1 University of Pisa Department of Civil and Industrial Engineering (DICI) Aerospace Section CUBIT The Group of Applied Fluid Dynamics 12 The structur...
Several Thesis in Aerospace Engineering ad Vehicles Engineering are supported by the group
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
2
ACTIVITIES
Analysis of fluid dynamics problems by using the more appropriate techniques • WIND TUNNEL EXPERIMENTS
• CFD EVALUATIONS • DATA ANALYSIS • NUMERICAL AERODYNAMICS OPTIMISATION
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
3
Cooperations
(Aerospace)
• Alenia Aeronautica
• Aermacchi • Augusta • MBDA • Oto Melara • Selex-Galileo • SNIA BPD • CSIR (South Africa) Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
4
Cooperations
(Automotive)
•Ferrari
•Minardi F1 •Dallara
•Siemens •Continental •Centro Ricerche Fiat •Piaggio Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
5
Cooperations
(Naval)
•WASS
•Fincantieri •Vallicelli yacht design
•America’s Cup 1987 (Azzurra) •America’s Cup 2007 (Team +39) •America’s Cup 2013 (Green Comm Racing)
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
6
Cooperations (Green Energy-wind turbine)
• General Electric (Nuovo Pignone) • XEMC DARWIND (Netherland)
• ENEL Green Power • EDI (finanziamenti regione Toscana)
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
7
Cooperations
(various)
NAVAL RADAR ANTENNAS •Galileo GLASS PRODUCTION •Gerresheimer •VAL
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
8
Experimental experiences • Several Campaigns in the subsonic wind tunnel of University of Pisa • Organization of experimental campaign in Subsonic, Transonic and Supersonic wind tunnel in: • FFA (Sweden) • CSIR (South Africa) • ONERA (France)
• POLITECNICO of TORINO • FERRARI • FONDMETAL (Minardi F1)
• Data analysis of the experimental data • Data correction for the real conditions • Calibrations of the test section (Dallara wind tunnels)
• Design of wind tunnels for instruments calibration • Data analysis of flight tests Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
9
Competenze applicative • Esperienza specifica sulla previsione e controllo delle forze medie e fluttuanti.
• Utilizzo di codici CFD commerciali, anche per lo studio dell’interazione fluido-strutture. • Strategie per la riduzione della resistenza di base di corpi tozzi e automobilistici (analisi sperimentale e CFD) • Ottimizzazione aerodinamica
10
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
Competenze sperimentali • Prove in galleria del vento su diversi tipi di corpo, tramite misure di forze e pressioni, misure di velocità nel campo, visualizzazioni di campo e superficiali • Organizzazione, controllo e analisi dati di campagne di prove sperimentali • Analisi di segnali provenienti da sperimentazione e da simulazioni numeriche mediante tecniche tempofrequenza basate sulle trasformate wavelet e di Hilbert.
11
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
La galleria del vento del DICI Galleria subsonica a circuito chiuso e a camera di prova aperta
Camera di prova: diametro=1.1m lunghezza=1.5m Intervallo di velocità: 11m/s – 35m/s 12
Livello di turbolenza: 0.9%
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
La galleria del vento Possibilità di montare un piano per schematizzare il suolo
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
13
Strumentazione base
Misure di velocità
sue fluttuazioni)
(e
TUBO DI PITOT STATICO ANEMOMETRIA A FILO CALDO
Misure di pressione
TRASDUTTORI DI PRESSIONE
Misure di forza
BILANCIA ESTENSIMETRICA A 6 COMPONENTI
Visualizzazioni
FILI DI COTONE, VERNICE SUPERF. FUMO E LAMA LASER Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
14
Strumentazione Anemometria a filo caldo con più sonde contemporanee
Scannivalve: fino a 64 misure di pressione contemporanee
Visualizzazioni superficiali del flusso
Visualizzazioni di campo del flusso
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
15
Competenze numeriche • Sviluppo di metodi numerici e codici di calcolo per problemi di grande taglia computazionale, principalmente per applicazioni alla simulazione di flussi complessi • Utilizzo di codici CFD opensource (es. openfoam, nek5000, freefem++) e loro integrazione per problemi specifici tramite implementazione di metodi numerici e modelli fisici ad-hoc
• Metodologie per l’integrazione di dati sperimentali tramite modelli numerici 16
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
CFD - Software
The following solver are utilized: • FLUENT • STAR CCM+ (Adapco) • OpenFoam For the geometries management: • CATIA • ANSA • ProEngineering • Rhino Optimization procedures: • ModeFrontier Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
17
CFD - HARDWARE 4 Dedicated parallel Cluster for the CFD evaluations • 48 cores 48 Gb RAM • 64 cores 128 Gb RAM • 96 cores 192 Gb RAM • 900 cores (from September) Access to cluster with 1024 cores 2 Workstations with 96 Gb of RAM for the grids generation Several PC
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
18
CFD Experiences
(Aerospace)
• External flow on complete configurations • Flow in the intakes • Helicopter rotors flow analysis
• Wing optimisation • Transonic Flow • Mini UAV development • Flow for carbon lamination cooling system
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
19
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
20
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
21
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
22
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
23
CFD Experiences
(Automotive)
• Flow around the entire car (external and internal) • Flow in the radiator ducts • Thermal Comfort of the passengers • Aero-acoustic analysis
• Brake cooling • Flow in the injectors • Optimization of the shape of the car • Optimization of the detail geometries Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
24
Valutazione dei carichi aerodinamici
Tensioni tangenziali
25
Distribuzione di pressioni
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
Analisi dei flussi esterni
Esempio di “problem solving” nel progetto preliminare: studio dell’interferenza fra la scia dello specchietto e la presa d’aria posteriore 26
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
Flusso nel condotto radiatori
27
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
Raffreddamento freni
Con analisi termica
28
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
Ferrari FXX - Sviluppo aerodinamico completo
29
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
Ottimizzazione di diffusore posteriore
30
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
Flusso termo-fluidodinamico in abitacolo
31
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
Flusso termo-fluidodinamico in abitacolo
Campi di velocità e di temperatura
32
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
Analisi di effetti di scia
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
33
CFD Experiences
(Naval)
• Flow around the hull with free surface • Flow on the sails • 6 DOF motion with rough sea • Torpedos
• Hull optimization • Sail shape optimization
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
34
ROUGH SEA - Wave height
0.5 m (
Power 2000 HP) Reduced Oscillation Amplitude Increased Frequency
Wave
0.60 = Sea level
Boat remains more time “in air” (Mean value from 0.52 to 0.59 m) No Wave
Mean value similar
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
35
RESULTS - the BOAT MOTION STAR EUROPEAN CONFERENCE 2010
22-03-10
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
36
FLOW DETAILS….
22-03-10
STAR EUROPEAN CONFERENCE – G. Lombardi Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
37
Vorticity Field on the deck
22-03-10
Univ. Of Pisa - Applied Fluid Dynamics Group
38
AC72 WING 2: FEM MODEL Wmain wing= 620 Kg Wplain flap = 58 Kg Wflap = 593 Kg Wwing = 1271 Kg* * Senza wing arms
CAVI IN PBO: 14mm
WING MAST BI-LONGHERONE IN Gr/Ep Skin e spar in Gr/Ep con 16 plies: 2,88 mm Spar cap a T in Gr/Ep con 24 plies: 345,6 mm2
FLAP WING BOX A D IN Gr/Ep Laminato bilanciato e simmetrico con 16 plies: 2,88mm
CENTINE DI FORMA IN HONEYCOMB Core in 5052-F40-0,0013: 15mm Skin in Gr/Ep con 8 plies: 1,44mm PLAIN FLAP SPAR IN HONEYCOMB. Core in 5052-F40-0,0013: 25mm Skin in Gr/Ep con 8 plies: 1,44mm NOSE IN KEVLAR 8 plies (fabric): 2mm
WING CG @ 17m from wing base plane
TE BEAM IN Gr/Ep 8 plies: 1,44mm
CENTINE DI FORZA IN HONEYCOMB Main wing ribs Core in 5052-F40-0,0013: 30mm Flap ribs Core in 5052-F40-0,0013: 20mm Skin in Gr/Ep con 8 plies: 1,44mm Longheroni collocati nei punti di massimo spessore.
IRRIGIDIMENTO FLAP IN HONEYCOMB CON SEZIONE A DOPPIO T. Core in 5052-F40-0,0013: 15mm Skin in Gr/Ep con 8 plies: 1,44mm
