Mestrado Integrado em Engenharia Aeroespacial Aerodinâmica I 1. Objectivos Cálculo Numérico das Características Aerodinâmicas de um Perfil Alar Este trabalho tem três objectivos: 1. Realizar um exercício de Verificação de um Código de Cálculo Numérico. 2. Realizar um exercício de Verificação de Soluções Numéricas. 3. Realizar um exercício de Validação. Os programas de cálculo disponíveis na página da UC no Fénix são: asa2d.exe Cálculo das características aerodinâmicas de perfis alares em escoamento permanente (estacionário) e incompressível com um modelo de interacção viscosa-invíscida (método de painel para escoamento potencial combinado com cálculo integral de camada limite). karmantreftz_grid.exe Gerador de malha (paineis rectos) para perfis de Joukowski e de Kármán-Treftz. grid_naca4.exe Gerador de malha (paineis rectos) para perfis NACA de 4 dígitos. interpolation_airfoils.exe Gerador de malha (paineis rectos) para perfis definidos a partir de uma tabela de pontos. karmantreftz_solution.exe Cálculo da solução analítica de perfis de Joukowski e de Kármán-Treftz nos pontos de controle das malhas geradas pelo programa karmantreftz_grid.exe. error_bars.exe Estimativa da incerteza numérica baseada em estudos de refinamento de malha. Podem ser utilizados quaisquer outros programas para geração de malha, cálculo das características aerodinâmicas de perfis alares e para estimativas de incerteza numérica, desde que devidamente referenciados/documentados. 1
2. Apresentação dos resultados Relatório a submeter por correio electrónico (e-mail) até 8 de Dezembro de 213, que deve conter: Introdução com a descrição dos perfis escolhidos e dos objectivos dos cálculos efectuados. Resultados obtidos e a sua discussão. Conclusões. 3. Guias de utilização dos programas 3.1 Programa asa2d.exe O programa asa2d.exe calcula o escoamento permanente (estacionário) e incompressível em torno de perfis sustentadores com um método de interacção fraca viscosa-invíscida. O cálculo de escoamento potencial é efectuado com um método de painel de primeira ordem (paineis rectos e fontes/poços de intensidade constante em cada painel) com uma distribuição de vórtices ao longo da linha média do perfil. As camadas limite são calculadas com os métodos integrais de Thwaites e Head e assume-se que a transição de regime laminar a turbulento é instantânea (no ponto de transição ). O ponto de transição pode ser previsto com dois critério empíricos ( H Rex ou Rex Reθ ) ou imposto como opção de cálculo. A influência da esteira é desprezada. 3.1.1 Ficheiros de entrada a) Ficheiro ASCII asa2d.in name_grid_file ITRT Rey α New α name_grid_file Ficheiro ASCII que contém a malha (ver em baixo). ITRT Método para a previsão de transição de regime laminar a regime turbulento: < Cálculo de camada limite não é efectuado Método H Rex 1 Método Rex Reθ 2 Fixa no Linha seguinte tem de conter a abcissa x do 2
Rey α Newα extradorso ponto de transição em percentagem da corda. 3 Fixa no Linha seguinte tem de conter a abcissa x do intradorso ponto de transição em percentagem da corda. 4 Fixa nos dois lados Linha seguinte tem de conter as abcissas x do perfil dos pontos de transição em percentagem da corda. Primeiro valor para o extradorso e segundo para o intradorso. Número de Reynolds. Ângulo de ataque em graus. Opção para calcular novo ângulo de ataque: Newα=1 regresso à linha anterior Newα= final da execução do programa. Exemplo do ficheiro asa2d.in para um cálculo a ângulo de ataque de e 4 graus: foil_41.dat 6.E6. 1 4. b) Ficheiro ASCII name_grid_file XBP(I),I=1, YBP(I),I=1, LABEL Número de pontos da malha (número ímpar). XBP(I),I=1, Abcissa x dos pontos da malha em percentagem da corda. O primeiro e último pontos têm de coincidir com o bordo de fuga. Os pontos têm de percorrer o perfil no sentido horário começando e acabando no bordo de fuga, i.e. bordo de fuga bordo de ataque pelo intradorso (x decrescente) seguido de bordo de ataque bordo de fuga pelo extradorso (x crescente). YBP(I),I=1, Ordenada y dos pontos da malha em percentagem da corda com orientação idêntica às abcissas. LABEL Designação do perfil 3
Exemplo do ficheiro name_grid_file (foil_41.dat): 41 1. 95.66517135142 9.6732763163 85.1922512146 79.66132191216 72.63767858385 65.9266556935 59.4373675296 52.88944797759 45.18352317743 38.43452699336 31.94987358736 25.833253131524 2.18247121963 15.87883826684 1.639545766 6.882949813251 3.938715722 1.74114418966.42956189775 -.9975997375.42956189775 1.74114418966 3.938715722 6.882949813251 1.639545766 15.87883826684 2.18247121963 25.833253131524 31.94987358736 38.43452699336 45.18352317743 52.88944797759 59.4373675296 65.9266556935 72.63767858385 79.66132191216 85.1922512146 9.6732763163 95.66517135142 1.. -.3511374715 -.627939623994 -.89777291-1.18972121836-1.44562775736-1.69223232144-1.96683867249-2.231764777522-2.499383216-2.7288772516-2.88466711392-2.9913822958-3.96952721-2.9282662126-2.794721579283-2.52567827491-2.1597427911-1.73878632993 -.8729337985.149661918692 1.111197859214 2.977374126 3.84496976478 3.9812919112 4.82611644785 5.589188915168 6.2844122794 6.6717637539 6.954924253384 7.44488817974 6.94279464162 6.665367115835 6.23919458117 5.6847645368 4.99779925734 4.182148556433 3.2749949269 2.31787818913 1.14622351144. Example 3.1.2 Ficheiros de saída a) Ficheiro ASCII general_output_ncp.dat Este ficheiro tem um nome que depende do número de paineis seleccionado (NCP=-1) e contem as informações relativas a vários dos parâmetros calculados e à ocorrência de previsão de separação de camada limite. Alfa=. Exemplo para o ficheiro general_output_41.dat: Cl (Circulation)=.314 Cl (Pressure)=.35 Cd (Pressure)=.75 CMc (Pressure)=-.8 Cp min=-.481 x/c Cp min=2.732 x/c Cp max=.6 4
CALCULO DE CAMADA LIMITE NO INTRADORSO TRANSICAO PREVISTA PELO METODO H-REX 4.42 LOCALIZACAO APROXIMADA DO PONTO CALCULO DE CAMADA LIMITE NO EXTRADORSO TRANSICAO PREVISTA PELO METODO H-REX 3.25 LOCALIZACAO APROXIMADA DO PONTO Cl (Circulation)=.282 Cl (Pressure)=.272 Cd (Pressure)=.77 CMc (Pressure)=-.6 Cp min=-.458 x/c Cp min=21.3 x/c Cp max=-.7 Alfa= 4. Cl (Circulation)=.793 Cl (Pressure)=.799 Cd (Pressure)=.2877 CMc (Pressure)=-.12 Cp min=-1.727 x/c Cp min= 1.349 x/c Cp max=.558 CALCULO DE CAMADA LIMITE NO INTRADORSO TRANSICAO PREVISTA PELO METODO H-REX 76.52 LOCALIZACAO APROXIMADA DO PONTO CALCULO DE CAMADA LIMITE NO EXTRADORSO TRANSICAO PREVISTA PELO METODO H-REX 3.49 LOCALIZACAO APROXIMADA DO PONTO Cl (Circulation)=.691 Cl (Pressure)=.692 Cd (Pressure)=.266 CMc (Pressure)=-.113 Cp min=-1.464 x/c Cp min= 1.162 x/c Cp max=.432 5
b) Ficheiro ASCII panel_α_ncp.dat Este ficheiro tem um nome que depende do ângulo de ataque (α) e do número de paineis seleccionado (NCP=-1) e contem as distribuições do coeficiente de pressão (Cp) e velocidade de transpiração obtidas em fluido perfeito e com a influência das camadas limite. O ficheiro contém 4 zonas (extradorso e intradorso em escoamento potencial e escoamento viscoso) com 4 colunas (com um formato TecPlot): x/c Abcissa x dos pontos de controle y/c Ordenada y dos pontos de controle -Cp p p Simétrico do coeficiente de pressão, C p =, nos pontos de controle 2 1 2 ρ U Velocidade de transpiração nos pontos de controle V w.5.1.8 Intradorso Extradorso -Cp -.5 Intradorso, Invíscisdo Extradorso, Invíscisdo Intradorso, Viscoso Extradorso, Viscoso Vw.6.4.2-1 25 5 75 1.4.2 X/C 25 5 75 1.1.8 X/C Intradorso Extradorso -Cp -.2 -.4 -.6 -.8 Intradorso, Invíscis Extradorso, Invíscis Intradorso, Viscoso Extradorso, Viscoso Vw.6.4.2-1 -4-2 2 4 6 8-4 -2 2 4 6 8 Y/C Y/C Figura 1 Distribuições de coeficientes de pressão e velocidade de transpiração para um ângulo de ataque de º. 6
A informação contida no ficheiro panel_._16.dat está ilustrada nas figura 1 que apresenta as distribuições de coeficiente de pressão (-Cp) e velocidade de transpiração (V w ) em função de x/c e y/c para uma discretização de um perfil em 16 paineis e um ângulo de ataque de º. c) Ficheiro ASCII camlim_α_ncp.dat Este ficheiro tem um nome que depende do ângulo de ataque (α) e do número de paineis seleccionado (NCP=-1) e contem os parâmetros integrais dos cálculos de camada limite no extradorso e intradorso do perfil. O ficheiro contém 2 zonas (intradorso e extradorso) com 4 colunas (com um formato TecPlot): s/c Distância ao ponto de estagnação Cf Coeficiente de tensão de corte superficial δ * /c Espessura de deslocamento θ/c Espessura de quantidade de movimento H Factor de forma A informação contida no ficheiro camlim_._16.dat está ilustrada nas figura 2 que apresenta as evoluções de coeficiente de tensão de corte superficial Cf, espessura de deslocamento δ * /c, espessura de quantidade de movimento θ/c e factor de forma H para as camadas limite de um perfil discretizado em 16 paineis e um ângulo de ataque de º..1.8 Intradorso Extradorso.5.4 φ=δ/c(%), Intradorso φ=θ/c(%), Intradorso ψ=h, Intradorso φ=δ/c(%), Extradorso φ=θ/c(%), Extradorso ψ=h, Extradorso 3 2.5.6.3 C f φ 2 ψ.4.2.2.1 1.5 25 5 75 1 25 5 75 1 s/c(%) s/c(%) Figura 2 Evoluções de coeficiente de tensão de corte superficial Cf, espessura de deslocamento δ * /c, espessura de quantidade de movimento θ/c e factor de forma H para as camadas limite para um ângulo de ataque de º. 1 7
d) Ficheiro ASCII resint_potential_α.dat Este ficheiro tem um nome que depende do ângulo de ataque (α) e contem os coeficientes integrais obtidos no cálculo de escoamento potencial. O ficheiro contem 5 colunas e uma linha por cada cálculo feito para o mesmo ângulo de ataque. NCP Número de paineis. Clj Coeficiente de sustentação obtido a partir da circulação. Clp Coeficiente de sustentação obtido a partir da integração do coeficiente de pressão. Cdp Coeficiente de resistência obtido a partir da integração do coeficiente de pressão. Cmc Coeficiente de momento de picada em torno do centro do perfil obtido a partir da integração do coeficiente de pressão. e) Ficheiro ASCII resloc_potential_α.dat Este ficheiro tem um nome que depende do ângulo de ataque (α) e contem coeficientes locais obtidos obtidos no cálculo de escoamento potencial. O ficheiro contem 4 colunas e uma linha por cada cálculo feito para o mesmo ângulo de ataque. NCP Número de paineis. Cp min Coeficiente de pressão mínimo. (x/c)cp min Abcissa do ponto de coeficiente de pressão mínimo em percentagem da corda. (x/c)cp=1 Abcissa do ponto de estagnação. f) Ficheiro ASCII resint_final_α.dat Este ficheiro tem um nome que depende do ângulo de ataque (α) e contém os coeficientes integrais obtidos do cálculo com a influência da camada limite. O ficheiro contem 8 colunas e uma linha por cada cálculo feito para o mesmo ângulo de ataque. NCP Número de paineis. Clj Coeficiente de sustentação obtido a partir da circulação. Clp Coeficiente de sustentação obtido a partir da integração do coeficiente de pressão. Cdp Coeficiente de resistência obtido a partir da integração do coeficiente de pressão. Cda Coeficiente de resistência obtido a partir da integração da tensão de corte na parede. Cd Soma de Cdp e Cda. 8
Cd (SY) Coeficiente de resistência de perfil obtido pela fórmula de Squire-Young. Cmc Coeficiente de momento de picada em torno do centro do perfil obtido a partir da integração do coeficiente de pressão. g) Ficheiro ASCII resloc_final_α.dat Este ficheiro tem um nome que depende do ângulo de ataque (α) e contem coeficientes locais obtidos do cálculo com a influência da camada limite. O ficheiro contem 6 colunas e uma linha por cada cálculo feito para o mesmo ângulo de ataque. Variável NCP Cp min (x/c)cp min Significado Número de paineis. Coeficiente de pressão mínimo. Abcissa do ponto de coeficiente de pressão mínimo em percentagem da corda. (x/c)cp=1 Abcissa do ponto de estagnação. (x tra /c) int Abcissa do ponto de transição da camada limite do intradorso. (x tra /c) ext Abcissa do ponto de transição da camada limite do extradorso. 3.2 Programa karmantreftz_grid.exe Este programa gera malhas de paineis rectos para perfis de Joukowski e de Kárman-Treftz a partir da transformação conforme de um cilindro de raio 1. 9
3.2.1 Ficheiros de entrada Standard input (terminal ou ficheiro redireccionado) beta epsilon kexp name_grid_file new_grid Beta (β) Ângulo (em graus) que define a coordenada imaginária do centro do cilindro relacionado com a flecha do perfil. Epsilon (ε) Fracção de b (parâmetro da transformação) que define a coordenada real do centro do cilindro relacionado a espessura do perfil. kexp(k) Expoente da transformação que define o ângulo do bordo de fuga τ=(2 kexp)π. kexp=2 Perfil de Joukowski kexp<2 Perfil de Kármán-Treftz Número de pontos para a malha (número de paineis mais 1). Tem de ser um número ímpar. name_grid_file Nome do ficheiro ASCII que contem as coordenadas (x,y) dos pontos da malha. (estrutura do ficheiro name_grid_file apresentada em baixo) new_grid Opção para gerar nova malha: new_grid=1 regresso à linha. new_grid= final da execução do programa. Exemplo do ficheiro grid_airfoil.in: 4..4 1.98 51 foil_51 1 61 foil_61 3.2.2 Ficheiros de saída a) Ficheiro ASCII name_grid_file.dat XBP(I),I=1, 1
YBP(I),I=1, LABEL Número de pontos da malha (número de paineis mais 1). XBP(I),I=1, Abcissa x dos pontos da malha em percentagem da corda. O primeiro e último pontos têm de coincidir com o bordo de fuga. Os pontos têm de percorrer o perfil no sentido horário começando e acabando no bordo de fuga, i.e. bordo de fuga bordo de ataque pelo intradorso (x decrescente) seguido de bordo de ataque bordo de fuga pelo extradorso (x crescente). YBP(I),I=1, Ordenada y dos pontos da malha em percentagem da corda com orientação idêntica à definida em cima para x. LABEL Designação do perfil Exemplo do ficheiro name_grid_file.dat (foil_51.dat): 51 1. 99.585821242811 98.35936573468 96.335636816169 93.544334728 9.144126452 85.813746173392 81.9556727584 75.68642334268 69.9418971428 63.875199638359 57.61182651879 51.2314368632 44.8725741791 38.635891717344 32.62728619342 26.919673824918 21.615783351 16.781736274269 12.47944936589 8.767263436 5.664271526463 3.22278225846 1.45713852712.38728387125..372438679813 1.53666395629 3.44961844295 6.6751558328 9.3391999897 13.2878329212 17.61359873197 22.489726767914 27.766359852127 33.369496313866 39.221732461159 45.242725271547 51.3496678147 57.457762764554 63.4869416484 69.3317299898 74.92945849787 8.162257358181 84.967432718139 89.25547821 92.92568861291 95.91298714861 98.13497447847 99.51986931952 1...42229176611.15727882778.326278548586.52712678497.73573434259.92785275396 1.81515238 1.17659642343 1.215849762 1.147435775838 1.15711174555.81278322316.55183592246.2511538625 -.67766421778 -.38867736216 -.66449664844 -.896367368244-1.5793562278-1.131271616463-1.1821496741 -.98228295799 -.75285998118 -.423621837443..56859679142 1.23465662238 1.96955471795 2.739184557835 3.57679482712 4.23953925978 4.91323883535 5.46311588834 5.899766944596 6.191925972934 6.3268428977 6.298919141555 6.114718933 5.769633582121 5.29438414857 4.77753166498 4.3913636284 3.32265823748 2.595684651294 1.896979514575 1.264573641782.73344441718.33285974452.84384754682. 51 panels 11
b ) Ficheiro ASCII tec_name_grid_file.dat Este ficheiro destina-se a representação gráfica (com o programa TecPlot) e contem uma zona com os pontos que definem o perfil. A figura 3 apresenta um perfil de Kárman-Treftz com 5 paineis (correspondente ao ficheiro foil_51.dat). Paineis Pontos de fronteira Figura 3 - Exemplo com 5 paineis para com β=4º, ε=.4 e kexp=1.95. 3.3 Programa grid_naca4.exe Este programa gera malhas de paineis rectos para perfis NACA da série de 4 dígitos, NACA ABCD. 3.3.1 Ficheiros de entrada Ficheiro grid_naca4.in A B CD name_grid_file new_grid A Flecha relativa máxima em percentagem da corda. B Abcissa do ponto de flecha máxima vezes 1 em percentagem da corda. CD Espessura máxima em percentagem da corda. Número de pontos para a malha (número de paineis mais 1). Tem de ser um número ímpar. name_grid_file Nome do ficheiro ASCII que contem as coordenadas (x,y) dos pontos da malha. (estrutura do ficheiro name_grid_file apresentada em baixo) new_grid Opção para gerar nova malha: new_grid=1 regresso à linha. new_grid= final da execução do programa. 12
Exemplo do ficheiro grid_airfoil.in: 2. 4. 12. 51 foil_51 1 61 foil_61 3.3.2 Ficheiros de saída b) Ficheiro ASCII name_grid_file.dat XBP(I),I=1, YBP(I),I=1, LABEL Número de pontos da malha (número de paineis mais 1). XBP(I),I=1, Abcissa x dos pontos da malha em percentagem da corda. O primeiro e último pontos têm de coincidir com o bordo de fuga. Os pontos têm de percorrer o perfil no sentido horário começando e acabando no bordo de fuga, i.e. bordo de fuga bordo de ataque pelo intradorso (x decrescente) seguido de bordo de ataque bordo de fuga pelo extradorso (x crescente). YBP(I),I=1, Ordenada y dos pontos da malha em percentagem da corda com orientação idêntica à definida em cima para x. LABEL Designação do perfil Exemplo do ficheiro name_grid_file.dat (foil_51.dat): 51 99.99161864674 95.3127519428 89.823994776893 84.49724314722 79.47116447 73.5119453135 67.94284824646 62.371896195178 56.8373876919 51.377155165493 46.283176516 4.82695741842 35.84283461235 31.8664728866 26.56353143796 22.31971611398 18.375973242233 14.757677476194 11.4886437456 8.5918793687 6.8548781892 3.99332459821 2.32187923882 1.93874249.317263317492..15355449241.7733251717 1.86732825634 3.42615158515 5.441784495417 7.91354724731 1.78852753814 14.8319488361 17.76154311579 21.79621754755 26.1565865839 3.89959461 35.7176943865 4.83763154632 13
46.1276634157 51.5939548642 57.18285669 62.58936786758 68.1828774382 73.75851645867 79.2768744723 84.6985851647 89.985611532682 95.177822581 1.8381395326 -.1257292989 -.481936627953 -.8493667782-1.22325482756-1.565151962334-1.927349188181-2.28537369655-2.63394666968-2.96643342472-3.2732127747-3.544993298398-3.77134429848-3.9534628226-4.162979199-4.19951919748-4.237675153414-4.2446497249-4.9149774343-3.892775482365-3.6463718531-3.22559415554-2.75555554642-2.19593569467-1.548756327599 -.816133495834..86275875438 1.733296822462 2.6385489366 3.46277634943 4.29518789265 5.8388135537 5.81322141721 6.45571253129 7.216549943 7.432883116979 7.734399221825 7.895632998819 7.98946659296 7.77574616164 7.54114743768 7.127522818652 6.6476546651 6.724146571 5.41345575298 4.67317236343 3.861365252584 2.99267745192 2.7372247873 1.11447273473.1257292989 NACA 2412 b ) Ficheiro ASCII tec_name_grid_file.dat Este ficheiro destina-se a representação gráfica (com o programa TecPlot) e contem uma zona com os pontos que definem o perfil. A figura 4 apresenta um perfil NACA 2412 com 5 paineis (correspondente ao ficheiro foil_51.dat). Paineis Pontos de fronteira Figura 4 - Exemplo com 5 paineis para a um perfil NACA 2412. 3.4 Programa interpolation_airfoils.exe Este programa gera malhas para utilização em métodos de painel bi-dimensionais. O perfil é definido por um conjunto de pontos de coordenadas (x,y) (fornecidos num dos ficheiros de entrada) que servem de base a três polinómios interpoladores que definem analitacamente o perfil: Polinómio do 4º grau (x=f(y))) na zona do bordo de ataque. Spline cúbico (y=f(x)) para o extradorso. Spline cúbico (y=f(x)) para o intradorso. 14
O número de paineis gerados no extradoso e intradorso é idêntico e os pontos da malha têm uma distribuição tipo coseno ao longo da linha que une o bordo de fuga ao ponto do polinómio interpolador do bordo de ataque que apresenta a menor abcissa x. 3.4.1 Ficheiros de entrada a) Standard input (terminal ou ficheiro redireccionado) name_airfoil_file iopt name_grid_file new_grid name_airfoil_file Nome do ficheiro ASCII que contem as coordenadas (x,y) dos pontos que definem o perfil. (estrutura do ficheiro name_airfoil_file apresentada em baixo). iopt Opção para a estrutura do ficheiro name_airfoil_file -> N X(I),I=1,N Y(I),I=1,N 1 -> N X(I),Y(I) (N linhas) Número de pontos para a malha (número de paineis mais 1). Tem de ser um número ímpar. name_grid_file Nome do ficheiro ASCII que contem as coordenadas (x,y) dos pontos da malha. (estrutura do ficheiro name_grid_file apresentada em baixo) new_grid Opção para gerar nova malha: new_grid=1 regresso à linha. new_grid= final da execução do programa. Exemplo do ficheiro grid_airfoil.in: n6629.in 51 foil_51 1 61 foil_61 b) Ficheiro ASCII name_airfoil_file: 15
iopt= iopt=1 N N X(I),I=1,N X(I),Y(I) (N linhas) Y(I),I=1,N LABEL LABEL N Número de pontos que definem o perfil. X(I),I=1,N Abcissa x dos pontos que definem o perfil. O primeiro e último pontos têm de coincidir com o bordo de fuga. Os pontos têm de percorrer o perfil no sentido horário começando e acabando no bordo de fuga, i.e. bordo de fuga bordo de ataque pelo intradorso (x decrescente) seguido de bordo de ataque bordo de fuga pelo extradorso (x crescente). Y(I),I=1,N Ordenada y dos pontos que definem o perfil com ordem idêntica à definida em cima para x. LABEL Designação do perfil. Exemplo do ficheiro name_airfoil_file (n6629.in): 51 1. 94.9825 89.9664 84.9556 79.951 74.9497 69.9538 64.9617 59.9729 54.986 5. 45.144 4.288 35.428 3.563 25.687 2.794 15.877 1.917 7.5913 5.88 2.5796 1.3212.8137.5574. E+.4426.6863 1.1788 2.424 4.912 7.487 9.983 14.9123 19.926 24.9313 29.9437 34.9572 39.9712 44.9856 5. 55.14 6.271 65.383 7.462 75.53 8.499 85.444 9.336 95.175 1.. E+ -5.74E-2 -.4448 -.9363-1.4638-1.988-2.4546-2.8587-3.13-3.2847-3.3713-3.431-3.3846-3.3172-3.27-3.314-2.834-2.536-2.156-1.8585-1.561-1.1788 -.9166 -.7485 -.639.E+.7311.8891 1.135 1.559 2.1929 2.764 3.143 3.8491 4.3962 4.8214 5.1451 5.378 5.5268 5.5935 5.5777 5.4751 5.2723 4.9196 4.399 3.777 3.566 2.2818 1.4796.6893. E+ NACA 6629 3.4.2 Ficheiros de saída a) Ficheiro ASCII name_grid_file.dat 16
XBP(I),I=1, YBP(I),I=1, LABEL Número de pontos da malha (número de paineis mais 1). XBP(I),I=1, Abcissa x dos pontos da malha em percentagem da corda com orientação idêntica à do ficheiro name_airfoil_file. YBP(I),I=1, Ordenada y dos pontos da malha em percentagem da corda com orientação idêntica à do ficheiro name_airfoil_file. LABEL Designação do perfil Exemplo do ficheiro name_grid_file.dat (foil_51.dat): 51 1. 95.5177914486 89.9444891628 84.59411413678 79.1582298998 73.63435749195 68.6177322228 62.47931548366 56.926286699517 51.441571478652 46.63641156984 4.832185168 35.7781865616 3.94245722196 26.35747499628 22.5522462983 18.6588321847 14.41743325773 11.13546582513 8.243175744 5.76329418998 3.7486312257 2.912435679.9312135228.233864513 -.358983185.233864513.9312135228 2.912435679 3.7486312257 5.76329418998 8.243175744 11.13546582513 14.41743325773 18.6588321847 22.5522462983 26.35747499628 3.94245722196 35.7781865616 4.832185168 46.63641156984 51.441571478652 56.926286699517 62.47931548366 68.6177322228 73.63435749195 79.1582298998 84.59411413678 89.9444891628 95.5177914486 1.. -.548386644 -.4568517753 -.973549118-1.5475259499-2.1136981664-2.61955644945-3.1986549237-3.23489294627-3.3526383135-3.47161118-3.39886366458-3.331869361-3.225125538874-3.846616391-2.91295657444-2.69234417677-2.456569428539-2.198398283441-1.9266676811-1.6481735694-1.3613949852-1.9185815463 -.7939723538 -.4649378265.595918859.5486296634 1.1822779639 1.453674239115 1.9455545979 2.379451127293 2.85844594742 3.33247488259 3.787573626 4.295711748 4.59756624388 4.92328182472 5.198476716614 5.4817665153 5.5443229117 5.59717695624 5.55725817929 5.4118693934 5.1212782767 4.621783831431 3.957745395348 3.18942953137 2.353222193771 1.5556973345.684159437184. Interpolated 17
b) Ficheiro ASCII tec_name_grid_file.dat Este ficheiro destina-se a representação gráfica (com o programa TecPlot) e contem duas zonas: 1. Pontos que definem o perfil. 2. Pontos da malha gerada. A figura 5 apresenta um gráfico com os pontos do ficheiro foil_161.dat e uma malha interpolada com 161 pontos (16 paineis). Original Interpolado Figura 5 - Exemplo de malha interpolada para o perfil NACA 6629 com 16 paineis. 3.5 Programa karmantreftz_solution.exe Este programa calcula a solução analítica do coeficiente de pressão nos pontos de controle das malhas geradas com o programa karmantreftz_grid.exe para perfis de Joukowski e de Kárman-Treftz. 3.5.1 Ficheiro de entrada Standard input (terminal ou ficheiro redireccionado) beta epsilon kexp alfa new_grid Variável Beta (β) Epsilon (ε) Kexp Significado Ângulo (em graus) que define a coordenada imaginária do centro do cilindro relacionado com a flecha do perfil. Fracção de b (parâmetro da transformação) que define a coordenada real do centro do cilindro relacionado a espessura do perfil. Expoente da transformação que define o ângulo do bordo de fuga τ=(2 kexp)π. kexp=2 Perfil de Joukowski 18
alfa (α) new_grid kexp<2 Perfil de Kármán-Treftz Ãngulo de ataque (em graus). Número de pontos para a malha (número de paineis mais 1). Tem de ser um número ímpar. Opção para gerar nova malha: new_grid=1 regresso à linha. new_grid= final da execução do programa. Exemplo do ficheiro grid_airfoil.in: 4..4 1.98. 51 1 61 3.5.2 Ficheiro de saída Ficheiro ASCII ktreftz_α_ncp.dat Este ficheiro tem um nome que depende do ângulo de ataque (α) e do número de paineis seleccionado (NCP=-1) e contem as distribuições de coeficiente de pressão (Cp) e o coeficiente de sustentação obtidos em fluido perfeito a partir de um cilindro de raio 1 e uma transformação conforme. O ficheiro contém 2 zonas (extradorso e intradorso) com 4 colunas (com um formato TecPlot). x/c Abcissa x dos pontos de controle y/c Ordenada y dos pontos de controle -Cp p p Simétrico do coeficiente de pressão, C p =, nos pontos de controle 2 1 2 ρu Coeficiente de sustentação (igual em todas as linhas) V w 19
.8 Intradorso Extradorso.4 -Cp -.4 -.8 25 5 75 1 X/C Figura 6 - Distribuição de pressão analítica na malha de 5 paineis com β=4º, ε=.4, kexp=1.95 e α=º. A figura 6 ilustra a distribuição de pressão para uma malha de 5 paineis com β=4º, ε=.4, kexp=1.95 e α=º. 3.6 Programa error_bars.exe O programa error_bars.exe estima a incerteza numérica ( φ) U de um parâmetro φ calculado num estudo de refinemento de malha com um número mínimo de 4 malhas. A incerteza é obtida a partir de uma estimativa do erro de discretização e ( φ) e de um factor de segurança F s, U ( φ) F e( φ) =. s 2
O erro de discretização de uma solução numérica φ i é estimado a partir de um desenvolvimento em série de potências em que se retem apenas o primeiro termo e p ( φ ) φ φ = αh =. i o φ o é a estimativa da solução exacta, α é uma constante, p é a ordem de convergência e h é o tamanho típico da malha dado por i o que equivale a com e ( φ ) h 1 1 = = i NCP 1, * hi i o h = φ φ = α 1 i h1 NCP =. NCPi h 1 No caso de a ordem de convergência não pertencer ao intervalo.5 p 2, o erro de discretização é estimado a partir de uma das seguintes alternativas: e e e ( φ ) = φi φo = αhi, 2 ( φ ) = φi φo = αhi, 2 ( φ ) φ φ = α h + α h = ; i o i p 1 2 i A alternativa escolhida é a que conduz ao menor desvio padrão da aproximação de mínimos quadrados utilizada. 3.6.1 Ficheiros de entrada Ficheiro ASCII a partir do terminal name_output_file name_input_file order number_var ndisc igrid,number_grids (ndisc lines) name_output_file Nome dos ficheiros de saída tec_name_output_file_i.dat. name_input_file Nome dos ficheiros de dados de entrada (exemplos : resint_potential_α.dat, resloc_potential_α.dat, resint_final_α.dat or resloc_final_α.dat) 21
Order Organização do ficheiro de entrada: order= mais fina para a mais esparsa order mais esparsa para a mais fina number_var Número de colunas do ficheiro name_input_file menos 1 Ndisc Número de cálculos da barra de incerteza Igrid Índice da malha para calcular incerteza (1 é sempre a malha mais fina) Number_grids Número de malha (linhas do ficheiro name_input_file) para o cálculo da incerteza numérica para a malha igrid. Exemplo do ficheiro de entrada: respot_ resint_potential_..dat 1 4 3 1 6 6 6 11 6 Ficheiro resint_potential_..dat 5.241968721.23587126.79242 -.978175 6.24379135.2382674.65158 -.9616468 7.24595581.2452581.558313 -.957931 8.2468578.242165521.492319 -.9433625 9.246867746.24345695.44341 -.938123 1.247511.244493484.44978 -.934299 12.24852836.24676837.3517 -.92943 14.24933743.247251689.312678 -.9266789 16.2499522.2481819.285729 -.9251712 18.2556639.24895899.265493 -.924412 2.2511924.249611557.24987 -.9241244 24.25186476.2571219.227278 -.9243432 28.2526664.251612216.211977 -.9251247 32.253257513.252377927.2115 -.926132 36.253835231.2534165.192823 -.92725 4.25434922.25361945.186524 -.9282636 Estes dois ficheiros conduzem a 4 ficheiros de saída que contêm três estimativas da incerteza numérica das quatro quantidades incluídas no ficheiro resint_potential_..dat. As malhas escolhidas são a 1ª (NCP=4), 6ª (NCP=2) e 11ª (NCP=1) e as três barras de erro são baseadas em 6 malhas (que cobrem sempre uma razão de refinamento igual 2). 22
3.6.2 Ficheiros de saída Ficheiros ASCII tec_name_output_file_i.dat Este ficheiros contêm 2+ndisc zonas: h 1. Variável φ em função de i. h 1 2. Curva ajustada para a estimativa do erro de discretização (da primeira barra de erro estimada). 3. Solução para as ndisc malhas seleccionadas e respectiva incerteza numérica. C L.464.463.462.461.46.459.458.457.456.455.454.453.452 1 2 3 4 5 6 7 8 h i /h 1 L=-ρU Γ δ 12 Integração de Pressão p=.94 Figura 7 Convergência com o refinamento de malha do coeficiente de sustentação Cl obtido da equação de Kutta-Joukowski (KJ) e integração do coeficiente de pressão (Cp) para o escoamento a ângulo de ataque nulo em torno de um perfil de Kármán-Treftz. 23
A figura 7 apresenta a convergência do coeficiente de sustentação com o refinamento da malha para um perfil de Kármán-Treftz a um ângulo de ataque de º. A figura apresenta os seguintes resultados: Valores obtidos pelo método de painel (em fluido perfeito) a partir da circulação e da integração da distribuição de pressão. Linhas ajustadas pelo desenvolvimento em série de potências que descrevem o coeficiente de sustentação em função da dimensão típica da malha. As linhas apresentadas são baseadas nos resultados das 6 malhas mais refinadas. Barras de incerteza para h i /h 1 =1, h i /h 1 =2 e h i /h 1 =4. Para a obtenção das barras de incerteza utilizaram-se 6 malhas tal como indicado acima no exemplo de ficheiro de entrada. 24