Simulasi Leading Edge Vortex (LEV) menggunakan CFD (Computational Fluid Dynamics) bertujuan untuk menganalisis pembentukan dan karakteristik pusaran kuat yang muncul di tepi depan (leading edge) sayap atau permukaan aerodinamis pada sudut serang tinggi. Fenomena LEV umum terjadi pada sayap delta, UAV, jet tempur, serta turbin angin, dan berperan penting dalam meningkatkan gaya angkat pada kondisi tertentu.
LEV terbentuk ketika aliran mengalami separasi terkontrol di tepi depan dan kemudian menggulung membentuk struktur vorteks yang stabil di atas permukaan sayap. Berbeda dengan stall konvensional yang menyebabkan kehilangan lift, LEV justru dapat meningkatkan lift melalui mekanisme tekanan rendah di inti vorteks (vortex core suction). Namun, jika vorteks menjadi tidak stabil dan mengalami vortex breakdown, maka performa aerodinamis dapat menurun drastis.
Dalam simulasi CFD, beberapa aspek utama yang dianalisis meliputi:
- Struktur dan Inti Vorteks
Visualisasi kontur vortisitas, Q-criterion, atau λ2-criterion digunakan untuk mengidentifikasi struktur vorteks secara tiga dimensi. - Distribusi Tekanan dan Lift
Analisis distribusi koefisien tekanan (Cp) membantu memahami kontribusi LEV terhadap peningkatan gaya angkat. - Stabilitas dan Vortex Breakdown
Simulasi dapat memprediksi lokasi dan kondisi terjadinya vortex breakdown pada sudut serang tinggi. - Pengaruh Reynolds Number dan Sudut Serang
Parameter ini sangat memengaruhi ukuran, kekuatan, dan kestabilan vorteks.
Untuk menangkap fenomena LEV secara akurat, pemilihan model turbulensi menjadi krusial. Model k-ω SST dapat digunakan untuk pendekatan RANS, tetapi untuk analisis struktur vorteks yang lebih detail biasanya digunakan LES (Large Eddy Simulation) atau DES (Detached Eddy Simulation), terutama pada studi vortex breakdown.
Parameter penting dalam simulasi meliputi:
- Geometri sayap (misalnya delta wing dengan sweep angle tertentu)
- Sudut serang tinggi
- Bilangan Reynolds
- Resolusi mesh halus di sekitar leading edge dan wilayah vorteks
- Time step kecil untuk analisis unsteady
Keunggulan simulasi CFD dalam analisis LEV adalah kemampuannya memberikan visualisasi tiga dimensi terhadap struktur aliran kompleks yang sulit diukur secara eksperimen. Dengan pendekatan ini, desain sayap dapat dioptimalkan untuk meningkatkan performa aerodinamis, memperluas envelope operasi, serta meningkatkan stabilitas sistem pada kondisi ekstrem.
Leave a Reply