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Publicação
Effects of Wing-Fuselage Interface Position on Lift and Drag
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Orientador(es)
Resumo(s)
The interference effect between two aircraft components has become increasingly relevant in the design process, in parallel with the advances in aerodynamic efficiency observed over the last decades. In order to understand how this phenomenon manifests itself in small aircraft operating at low Reynolds numbers, a study was carried out on the influence of wing position relative to the fuselage, as well as the effect of fairings at the interface between the two components and the fuselage cross-section on interference drag. To determine the most favourable wing–fuselage interface positions in terms of drag and lift—considering also two types of fairings and fuselage cross-sections—the aircraft provided by the UBIAT team was modelled in CATIAV5. A simplified model was developed that nonetheless preserved the essential features of the real aircraft. The geometry was then prepared in Ansys Discovery to define the body of influence, the simulation volume, and the boundary conditions. This setup was subsequently imported into Ansys Fluent, where the computational mesh was generated according to a previously conducted mesh-independence study. The CFD simulations were performed using the k − ω SST turbulence model with standard parameters, including corrections for transitional flow and low Reynolds number regimes. Four alternative wing–fuselage interface configurations, in addition to the baseline case, were analysed: two vertical and two horizontal. The vertical configurations were further assessed with fairings and with a circular fuselage cross-section. The results regarding wing–fuselage positioning for both fuselage geometries were consistent with expectations and supported by literature. As for the introduction of fairings, both were found to improve aerodynamic efficiency, although the results did not fully align with published references. The main conclusions drawn from this work are the advantage of a high-wing configuration when interfaced with a square fuselage cross-section, and of a mid-wing configuration when interfaced with a circular fuselage cross-section. The addition of fairings yielded improvements of up to 4.7% in aerodynamic efficiency for the high-wing configuration with a square-section fuselage, while their effect was negligible for the other vertical positions.
O efeito de interferência entre dois componentes de uma aeronave tem vindo, com o aumento da eficiência aerodinâmica evidenciado nas últimas décadas, a ser cada vez mais relevante no processo de projeto. De forma a compreender como este se manifesta em aeronaves de pequenas dimensões e em baixo número de Reynolds, foi realizado um estudo da posição da asa na fuselagem, assim como da influência de carenagens de interface entre os dois componentes e da secção da fuselagem no arrasto de interferência. Procurando determinar quais a posições da interface entre a asa e a fuselagem mais favoráveis ao arrasto e à sustentação, incluindo ainda dois tipos de carenagem e de secção da fuselagem, a aeronave disponibilizada pela equipa UBIAT foi modelada em CATIAV5, obtendo um modelo simplificado mas que retém as características da aeronave real. Foi depois preparado em Ansys Discovery para estabelecer o corpo de influência, o volume de simulação e as condições-fronteira. Este setup é então importado para Ansys Fluent, onde a malha é gerada de acordo o estudo de independência de malha realizado. A simulação CFD é feita utilizando o modelo k − ω SST com parâmetros standard e correções para regime de transição e baixos valores de número de Reynolds. Foram analisadas quatro configurações da interface asa-fuselagem além da original: duas verticais e duas horizontais. As posições verticias foram ainda analizadas com carenagens e com uma secção da fuselagem circular. Os resultados relativos à posição da interface para ambas as secções de fuselagem consideram-se dentro das expectativas e apoiados pela bibliografia. No que respeita à introdução de carenagens, verificou-se que ambas influenciam positivamente a eficiência aerodinâmica, apesar dos resultados não refletirem a bibliografia. As conclusões principais a retirar deste trabalho são a vantagem da asa alta numa interface com fuselagem quadrada e da asa média numa interface com fuselagem circular. A initrodução de carenagens resultou num aumento de até 4.7% na eficiência aerodinâmica para uma configuração em asa alta e de secção de fuselagem quadrangular, sendo desprezível para as restantes posições verticais.
O efeito de interferência entre dois componentes de uma aeronave tem vindo, com o aumento da eficiência aerodinâmica evidenciado nas últimas décadas, a ser cada vez mais relevante no processo de projeto. De forma a compreender como este se manifesta em aeronaves de pequenas dimensões e em baixo número de Reynolds, foi realizado um estudo da posição da asa na fuselagem, assim como da influência de carenagens de interface entre os dois componentes e da secção da fuselagem no arrasto de interferência. Procurando determinar quais a posições da interface entre a asa e a fuselagem mais favoráveis ao arrasto e à sustentação, incluindo ainda dois tipos de carenagem e de secção da fuselagem, a aeronave disponibilizada pela equipa UBIAT foi modelada em CATIAV5, obtendo um modelo simplificado mas que retém as características da aeronave real. Foi depois preparado em Ansys Discovery para estabelecer o corpo de influência, o volume de simulação e as condições-fronteira. Este setup é então importado para Ansys Fluent, onde a malha é gerada de acordo o estudo de independência de malha realizado. A simulação CFD é feita utilizando o modelo k − ω SST com parâmetros standard e correções para regime de transição e baixos valores de número de Reynolds. Foram analisadas quatro configurações da interface asa-fuselagem além da original: duas verticais e duas horizontais. As posições verticias foram ainda analizadas com carenagens e com uma secção da fuselagem circular. Os resultados relativos à posição da interface para ambas as secções de fuselagem consideram-se dentro das expectativas e apoiados pela bibliografia. No que respeita à introdução de carenagens, verificou-se que ambas influenciam positivamente a eficiência aerodinâmica, apesar dos resultados não refletirem a bibliografia. As conclusões principais a retirar deste trabalho são a vantagem da asa alta numa interface com fuselagem quadrada e da asa média numa interface com fuselagem circular. A initrodução de carenagens resultou num aumento de até 4.7% na eficiência aerodinâmica para uma configuração em asa alta e de secção de fuselagem quadrangular, sendo desprezível para as restantes posições verticais.
Descrição
Palavras-chave
Arrasto de Interferência Carenagens Cfd Secção da Fuselagem