Avaliação paramétrica de dispositivos de ponta de asa do tipo endplate

Abstract

A busca pelo aumento na eficiência aerodinâmica tem se tornado foco na indústria aeronáutica nas últimas décadas, tanto pelo aumento no alcance quanto pela redução de emissão de gases. Dentre as abordagens existentes, o uso de dispositivos de ponta de asa possibilita a redução do arrasto induzido à custa de um acréscimo no parasita segundo as condições de voo. Esse trabalho busca avaliar a utilização de dispositivos de ponta de asa do tipo endplate, quantificando o impacto do seu uso em cada uma das componentes de arrasto de uma asa. Para isso, foram realizadas simulações numéricas em OpenFOAM, cujo modelo de simulação passou por um processo de validação frente a valores experimentais, além de testes de sensibilidade ao tamanho do domínio, refino de malha e parâmetros de turbulência. A parcela do arrasto induzido foi computada através da análise do plano de Trefftz, calibrado em função de valores teóricos, enquanto as demais componentes puderam ser extraídas através da integração da pressão e esforço cisalhante. Resultados mostraram uma redução no fator de arrasto induzido K de até -13,35% e aumento da eficiência total de 9,63% na maior geometria simulada. Ademais, a redução e afastamento do vórtice da superfície gerou uma diminuição no arrasto parasita da asa de 26,68%, maior que o próprio acréscimo causado pela adição das endplates, em um ângulo de ataque de 10◦.

The seek for increased aerodynamic efficiency has been on the focus of aeronautical industry for the past few decades, not only due to the range increase, but also for reducing gas emissions. Among the existing methods, wingtip devices allows the reduction of the induced drag, at the cost of increasing the parasite drag according to the flight conditions. This work aims to evaluate the usage of endplate type wingtip devices, quantifying its impact on each of the wing drag components. To acheive this, numerical simulations using OpenFOAM were performed, which simulation model was validated by experimental data comparison, in addition to domain size, grid refinement and turbulence inlet parameters sensibility tests. The induced drag portion was computed through the Trefftz plane analysis, calibrated against theoretical values, while the other components could be extracted by surface pressure and shear stress integration. Results presented up to a 13.35% induced drag factor K reduction, and a total efficiency increase of 9.63% for the biggest simulated geometry. Moreover, the vortex reduction and clearance away from the surface reduced the wing parasite drag in 26,68%, more than the actual drag increase created by the endplates addition, at an angle of attack of 10◦.