University of Pisa. The Group of Applied Fluid Dynamics

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1 University of Pisa Department of Civil and Industrial Engineering (DICI) Aerospace Section CUBIT The Group of Applied Fluid Dynamics 1

2 The structure of the group Giovanni Lombardi (Director) Prof. of Aerodynamics of the Airplanes and Vehicles Aerodynamics At the present the following people are involved: 4 Senior Engineering 8 Junior Engineering 2 CAD senior designer Several Thesis in Aerospace Engineering ad Vehicles Engineering are supported by the group 2

3 ACTIVITIES Analysis of fluid dynamics problems by using the more appropriate techniques WIND TUNNEL EXPERIMENTS CFD EVALUATIONS DATA ANALYSIS NUMERICAL AERODYNAMICS OPTIMISATION 3

4 Cooperations (Aerospace) Alenia Aeronautica Aermacchi Augusta MBDA Oto Melara Selex-Galileo SNIA BPD CSIR (South Africa) 4

5 Cooperations (Automotive) Ferrari Minardi F1 Dallara Siemens Continental Centro Ricerche Fiat Piaggio 5

6 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) 6

7 Cooperations (Green Energy-wind turbine) General Electric (Nuovo Pignone) XEMC DARWIND (Netherland) ENEL Green Power EDI (finanziamenti regione Toscana) 7

8 Cooperations (various) NAVAL RADAR ANTENNAS Galileo GLASS PRODUCTION Gerresheimer VAL 8

9 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 9

10 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

11 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

12 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 Livello di turbolenza: 0.9% 12

13 La galleria del vento Possibilità di montare un piano per schematizzare il suolo 13

14 Strumentazione base Misure di velocità (e sue fluttuazioni) 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 14

15 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 15

16 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

17 CFD - Software The following solver are utilized: FLUENT STAR CCM+ (Adapco) OpenFoam For the geometries management: CATIA ANSA ProEngineering Rhino Optimization procedures: ModeFrontier 17

18 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 18

19 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 19

20 20

21 21

22 22

23 23

24 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 24

25 Valutazione dei carichi aerodinamici Tensioni tangenziali Distribuzione di pressioni 25

26 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

27 Flusso nel condotto radiatori 27

28 Raffreddamento freni Con analisi termica 28

29 Ferrari FXX - Sviluppo aerodinamico completo 29

30 Ottimizzazione di diffusore posteriore 30

31 Flusso termo-fluidodinamico in abitacolo 31

32 Flusso termo-fluidodinamico in abitacolo Campi di velocità e di temperatura 32

33 Analisi di effetti di scia 33

34 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 34

35 Wave ROUGH SEA - Wave height 0.5 m ( Power 2000 HP) Reduced Oscillation Amplitude Increased Frequency 0.60 = Sea level No Wave Boat remains more time in air (Mean value from 0.52 to 0.59 m) Mean value similar 35

36 RESULTS - the BOAT MOTION STAR EUROPEAN CONFERENCE

37 FLOW DETAILS STAR Univ. EUROPEAN Of Pisa - Applied CONFERENCE Fluid Dynamics G. Group Lombardi 37

38 Vorticity Field on the deck

39 W main wing = 620 Kg W plain flap = 58 Kg W flap = 593 Kg W wing = 1271 Kg* * Senza wing arms CAVI IN PBO: 14mm WING 17m from wing base plane AC72 WING 2: FEM MODEL 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 mm 2 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 TE BEAM IN Gr/Ep 8 plies: 1,44mm FLAP WING BOX A D IN Gr/Ep Laminato bilanciato e simmetrico con 16 plies: 2,88mm 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 CERNIERA SFERICA 39

40 LIFT [N/m] AC72 WINGS: AEROELASTIC EFFECTS Wing lift distributions wing 1 CFD wing 1 FSI wing 2 CFD wing 2 FSI η 40

41 Ott. Deriva classe olimpica FINN 41

42 CFD Experiences (various) Wind Turbines Flow around the rotor Design optimization Glass Production Jet Flow into moving glass tubes Cooling systems 42

43

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