Análises bidimensionais de flutter da asa BSCW via simulações de interação fluido-estrutura com código SU2

Abstract

Fenômenos aeroelásticos como o flutter são críticos no projeto de aeronaves modernas, especialmente em regime transônico, onde pode ocorrer uma redução abrupta na velocidade de flutter. O objetivo principal deste trabalho é realizar simulações aeroelásticas computacionais para determinar a fronteira de flutter da asa Benchmark Supercritical Wing (BSCW), utilizando como referência dados experimentais da literatura. Para tal, emprega-se uma abordagem bidimensional simplificada, utilizando o perfil aerodinâmico NASA SC(2)-0414, como proposto na quarta edição do Aeroelastic Prediction Workshop – AePW-4. As simulações de Interação Fluido-Estrutura (FSI) no domínio do tempo são conduzidas com o software de código aberto SU2, aplicando os modelos de escoamento invíscido das equações de Euler e modelos RANS – Reynolds Averaged Navier-Stokes. A interação entre os domínios é estabelecida por uma estratégia de acoplamento forte com o solver estrutural nativo do SU2. A metodologia FSI utilizada baseia-se na implementação de Fonzi et al. (2022). Os resultados numéricos, como as pressões dinâmicas de flutter para diferentes números de Mach, são comparados com os dados experimentais de Dansberry et al. (1993). O trabalho busca contribuir com os estudos de caso do AePW4, avaliando a influência de parâmetros de simulação e a viabilidade da abordagem simplificada como uma ferramenta preditiva eficiente para análises aeroelásticas da asa BSCW.

Aeroelastic phenomena such as flutter are critical in modern aircraft design, especially in the transonic regime, where high-fidelity analyses incur high computational costs. The main objective of this work is to perform computational aeroelastic simulations to determine the flutter boundary of the Benchmark Supercritical Wing (BSCW), using experimental data from the literature as a reference. To this end, a simplified twodimensional approach is initially employed, using the NASA SC(2)-0414 airfoil, as proposed in the fourth edition of the Aeroelastic Prediction Workshop - AePW-4. Timedomain Fluid-Structure Interaction (FSI) simulations are conducted using the opensource software SU2, employing inviscid flow models based on the Euler equations as well as RANS - Reynolds-Averaged Navier-Stokes, models. The interaction between the domains is established through a tight-coupling strategy with the native structural solver of SU2. The FSI methodology employed is based on the implementation by Fonzi et al. (2022). Numerical results, such as flutter dynamic pressures for different Mach numbers, are compared with the experimental data from Dansberry et al. (1993). This work seeks to contribute to the AePW-4 case studies by assessing the influence of simulation parameters and the viability of the simplified approach as an efficient predictive tool for aeroelastic analyses of the BSCW wing.