Tesis:
Panel method for the aerodynamic calculation of mixed configurations with finite thickness and zero thickness
- Autor: EZQUERRO NAVARRO, José Miguel
- Título: Panel method for the aerodynamic calculation of mixed configurations with finite thickness and zero thickness
- Fecha: 2017
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS AERONAUTICOS
- Departamentos: AERONAVES Y VEHICULOS ESPACIALES
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/47390/
- Director/a 1º: LAPUERTA GONZÁLEZ, María Victoria
- Director/a 2º: LAVERÓN SIMAVILLA, Ana
- Resumen: Los métodos de paneles son métodos bien conocidos para resolver problemas de movimientos potenciales de fluidos, principalmente durante las fases preliminares de diseño. Estos métodos, también conocidos como métodos de condiciones de contorno (boundary element methods), se han usado para resolver la ecuación de Laplace en cálculos aerodinámicos desde los años 60. Sin embargo, con estos métodos no se han resuelto configuraciones mixtas de obstáculos con espesor y sin espesor. Tales configuraciones surgen naturalmente en las alas delta, en los barcos de vela, e incluso en la geometría completa de las aeronaves. En este trabajo se propone un nuevo enfoque numérico para resolver configuraciones mixtas en dos dimensiones (2D) de obstáculos con espesor y sin espesor. El método se basa en las formulaciones de Dirichlet y Neumann y se verifica mediante comparación con soluciones analíticas. Por otra parte, a pesar del uso generalizado de los métodos de paneles y aunque se pueden encontrar muchos trabajos en la literatura que estudian el error asociado a su uso, en general, hay una falta de consenso sobre el orden de magnitud del error que se comete al emplear los métodos de paneles. Esto último aplica incluso al caso más sencillo, que consiste en el uso de paneles planos y de una distribución constante de dobletes a lo largo de ellos. La mayoría de estos estudios se centraron en el análisis local del error, considerando sólo la influencia de los paneles más cercanos y excluyendo el resto. En muchas configuraciones se puede apreciar una diferencia sustancial al considerar todos y cada uno de los paneles. En este trabajo se presenta un estudio analítico y riguroso del error global de los métodos de paneles cuando se usan las condiciones de contorno de Dirichlet y de Neumann. El análisis se realiza para una amplia variedad de cuerpos y geometrías de paneles para comprender en profundidad su efecto sobre la convergencia del método. En particular, se estudia el error global asociado a los métodos de paneles aplicados a cuerpos delgados o gruesos con partes puramente convexas o con partes convexas y cóncavas y con bordes suaves o no. Este trabajo trata de aclarar resultados aparentemente diferentes o inconsistentes obtenidos por otros autores. ABSTRACT Panel Methods are well-known methods for solving potential fluid flow problems, mainly for preliminary design phases. These methods, also known as boundary element methods (BEM), have been applied to solve the Laplace equation for aerodynamics calculations since the 60’s. However, mixed configurations of obstacles with finite thickness and zero thickness have not been solved with these methods. Such configurations arise naturally in delta wings, sailing boats, and even in complete aircraft aerodynamics. In this work, a new numerical approach is proposed for solving two-dimensional (2D) mixed configurations of obstacles with finite thickness and zero thickness components. The method is based on the Dirichlet and Neumann formulations and is checked by comparison with analytical results. On the other hand, despite the widespread use of panel methods and although many works found in the literature study the error associated to their use, generally, there is a lack of consensus concerning the order of magnitude of the error for panel methods. This applies even in the simplest case, which consists of flat panels and a constant distribution of doublets along them. Most of these previous studies focused on the analysis of local error, considering only the influence of the nearest panels and excluding the rest. The difference is shown to be appreciable in many configurations when considering every single panel. A rigorous analytical study of the global error of panel methods when applying Dirichlet and Neumann boundary conditions is presented in this work. The analysis is performed for a wide variety of body shapes and different panel geometries to fully understand their effect on the convergence of the method. In particular, we study the global error associated with panel methods applied to thin or thick bodies with purely convex parts or with both convex and concave parts, and with smooth or non-smooth boundaries. This work clarifies apparently different or inconsistent results obtained by other authors.