Computational analysis of the aerodynamic effect of the dihedral angle in a blended wing body aircraft.

Abstract

O design aerodinâmico de aeronaves não convencionais tem adquirido maior relevância nos últimos anos, impulsionado pela necessidade de reduzir o consumo de combustível, as emissões contaminantes e os custos operacionais; nesse cenário, a configuração Blended Wing Body (BWB) destaca-se por ser uma alternativa promissora ao integrar asa e fuselagem em uma única superfície sustentadora. Dada a complexidade aerodinâmica que caracteriza o BWB e a importância que parâmetros geométricos exercem sobre seu comportamento, este trabalho concentra-se na análise de duas distribuições do ângulo de diedro com o objetivo de aprofundar e esclarecer o papel desse parâmetro na configuração BWB. Assim, o estudo busca contribuir para o entendimento aerodinâmico do BWB ao examinar, de maneira especifica, como diferentes configurações de diedro se comportam em um modelo validado experimentalmente, oferecendo uma avaliação comparativa que complementa as investigações existentes sobre essa classe de aeronaves. Para isso, realizou-se uma investigação baseada em simulações de Dinâmica de Fluidos Computacional, reconstruindo-se a geometria experimental de [1] e gerando-se uma segunda configuração em que o diedro é mantido apenas na seção externa da asa, preservando todos os demais parâmetros geométricos. A modelagem foi desenvolvida no SolidWorks, as malhas estruturadas multibloco foram geradas no ANSYS ICEM-CFD versão 16.0, e as simulações foram conduzidas no ANSYS CFX utilizando o modelo de turbulência SST, com ângulos de ataque variando entre 0° e 20°, além de estudo de independência de malha para assegurar a confiabilidade numérica. A análise contemplou coeficientes aerodinâmicos globais (CL, CD, L/D e polar aerodinâmica), distribuição de pressão e visualização do escoamento mediante linhas de corrente, com validação baseada em resultados experimentais da literatura. Os resultados mostram que ambas as configurações apresentam comportamento aerodinâmico praticamente equivalente ao longo de todo o intervalo analisado, exibindo variações mínimas nos coeficientes globais, contornos de pressão semelhantes e estruturas de escoamento equivalentes. Esses achados indicam que a redistribuição do ângulo de diedro exerce influência aerodinâmica limitada para o modelo estudado, reforçando que pequenas alterações geométricas nesse parâmetro não modificam de maneira significativa o escoamento nem o desempenho aerodinâmico global, contribuindo assim para o avanço da compreensão dos efeitos de parâmetros locais em configurações BWB.The aerodynamic design of non-conventional aircraft has gained increasing relevance in recent years, driven by the need to reduce fuel consumption, pollutant emissions, and operational costs; in this context, the Blended Wing Body (BWB) configuration stands out as a promising alternative by integrating the wing and fuselage into a single lifting surface. Given the aerodynamic complexity that characterizes the BWB and the important role that geometric parameters play in its behavior, this work focuses on analyzing two distributions of dihedral angle with the aim of deepening and clarifying the role of this parameter in the configuration. In this regard, the study seeks to contribute to the aerodynamic understanding of the BWB by examining, in a focused manner, how different dihedral configurations behave in an experimentally validated model, providing a comparative assessment that complements existing investigations on this class of aircraft. To this end, an investigation based on Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations was carried out, reconstructing the experimental geometry of [1] and generating a second configuration in which the dihedral is applied only to the outer wing section, while all other geometric parameters are preserved. The modeling was performed in SolidWorks, structured multiblock meshes were generated in ANSYS ICEM-CFD, and the simulations were conducted in ANSYS CFX using the SST turbulence model, with angles of attack ranging from 0° to 20°, in addition to a mesh-independence study to ensure numerical reliability. The analysis encompassed global aerodynamic coefficients (CL, CD, L/D, and the drag polar), surface pressure distribution, and flow visualization through streamlines, with validation based on experimental results available in the literature. The results show that both configurations exhibit an almost equivalent aerodynamic behavior over the entire range of angles of attack analyzed, displaying minimal variations in the global coefficients, similar pressure contours, and comparable flow structures. These findings indicate that the redistribution of the dihedral angle has a limited aerodynamic influence for the model studied, reinforcing that small geometric changes in this parameter do not significantly modify the flow field or the global aerodynamic performance, thereby contributing to the advancement of the understanding of local-parameter effects in BWB configurations