Aerodinamica - 10 settimana

TESLA MODEL-S

• Utilizza il φ tale che si ha il Cd minimo in assoluto dallo studio di Ahmed.
• Utilizzare un φ di questo tipo e avere anche i posti posteriori significa avere una macchina abbastanza lunga.

Drivaer Model

È l'implementazione del corpo di Ahmed nel campo automobilistico, implementazione data dall'Università di Monaco.

È un CAD di diverse tipologie di vetture, utilizzati per fare dei studi di tipo aerodinamico

Tesla Model-S

• Utilizza il φ tale che si ha il Cd minimo in assoluto dallo studio di Ahmed.
• Utilizzare un φ di questo tipo e avere anche i posti posteriori significa avere una macchina abbastanza lunga.

Drivaer Model

È l'implementazione del corpo di Ahmed nel campo automobilistico, implementazione data dall'Università di Monaco. È un CAD di diverse tipologie di vetture, utilizzati per fare dei studi di tipo aerodinamico

Introduciamo ora il boat tailing, che è l'azione di assegnare alla parte finale della vettura una forma rastremata per diminuire la resistenza di forma.

Closing the waves

In questo esempio abbiamo di partenza una vettura di lunghezza 5 m circa, da questa vettura si è andato ad allungare sempre di più la parte posteriore con l'idea di rastremizzare e avere una chiusura della scia (cioè avere una regione di base il più piccola possibile). Aumentando la parte posteriore si è andato a graficare l'andamento Δc_d/c_d

Anche se i risultati sono molto buoni, perché si

ha un 25% di diminuzione di Cd, ma abbiamo una vettura più lunga di 1.5 m. Si nota anche che questa modifica ha una saturazione del Cd.

Un esempio molto interessante può essere la Maserati Birdcage 75th:

Boat Tailing (perché si cerca di ricreare il profilo delle barche)

Si nota che aumentando la rastremazione e quindi aumentando y il Cd diminuisce, fino

ALLA SATURAZIONE. QUESTO BOAT TAILING È APPLICATO SUL PIANO ORIZZONTALE.

2) IN QUESTO CASO ABBIAMO IL BOAT TAILING SUL PIANO VERTICALE E QUINDI HO AUMENTO φ CHE È TIPO L'ANGOLO DI INCLINAZIONE DEL LUNOTTO POSTERIORE MA È DEL TETTUCCIO IN QUESTO CASO. VEDIAMO CHE IL CD DIMINUISCE FINO AD UN CERTO φ PER POI AUMENTARE.

QUESTO AUMENTO È DOVUTO AL FATTO CHE AUMENTANDO φ FACCIAMO GENERARE LA TENDENZA AL FLUSSO DI (LINEE DI CORRENTE) AVERE UNA DIREZIONE VERSO IL BASSO, QUINDI COME I PROFILI ALARI CHE GENERANO PORTANZA E DI CONSEGUENZA AVREMO DEGLI EFFETTI DI RESISTENZA INDOTTA.

NEL PRIMO TRATTO ABBIAMO GENERAZIONE DI PORTANZA MA ANCHE DIMINUZIONE DELLA RESISTENZA.

NEL CASO 1 NON SI VEDE QUESTO AUMENTO, MA SI PUÒ IPOTIZZARE CHE SE SI FOSSE ANDATI AVANTI CON L'AUMENTO DI γ (QUINDI RASTREMAZIONE) FORSE SI SAREBBE VISTO LO STESSO ANDAMENTO. (CI POTREBBERO ESSERE DEI VORTICI ASSIALI SE SPINGIAMO SULLA RASTREMAZIONE ORIZZONTALE)

INDUCED DRAG IN SYMMETRIC BODIES

a) Lastra piana inclinata con angolo di attacco diverso da 0, che genera portanza (C_L > 0) e genera resistenza indotta, infatti si vedono i vortici asiali

b) 2 lastre piane inclinate in senso opposto ma collegate meccanicamente, il C_{L netto} sarà 0 per via della simmetria, ma ho comunque la resistenza indotta, anzi sarà il doppio (questo esempio è proprio quello che può succedere alla calibra se esageriamo la rastremmazione)

c) Ci fa vedere che questa resistenza indotta e quindi generazione di vortici si può avere anche nella parte anteriore.

d) Stessa cosa di c) ma nella parte posteriore

Kamm Type 3 vs A2

Cd = 0,37Cd = 0,25

• ingresso raffreddamento piu' piccola
• lunotto anteriore piu' curvato
• spoiler di forma ellittica orizzontale a fine lunotto posteriore. Questo spoiler ha il compito di diminuire la resistenza perché andiamo a diminuire gli effetti indotti, infatti si vede che nella prima macchina le linee di corrente scendono in picchiata verso il basso, questo vuol dire che avrà una caratteristica portante e quindi si avrà una resistenza indotta. Mentre con lo spoiler si ha un'uscita delle linee di corrente piu' orizzontali e quindi questo fa sì...

CHE SI ABBASSINO LE RESISTENZE INDOTTE, DIMINUENDOGLI EFFETTI PORTANTI CHE POTEVA AVERE.

Esperimenti su un corpo tipo missile montato su sostegniche hanno un profilo NACA, quindi profili alari cheinfluenzano il meno possibile il corpo principale.Risultati:I risultati sono in relazione all'arrotondamento dellaparte posteriore, come r/D.Si osservano 2 curve per ogni U graficata,una curva è con la transizione libera, mentre l'altraè per la transizione forzata.

La forzata è stata fatta introducendo nella zona anteriore del corpo, una superficie rugosa che tende ad indurre la transizione dello strato limite al regime turbolento.

Mentre nel caso di libera non abbiamo questa superficie.

Si nota che le curve a U=20 m/s sono molto più distanziate rispetto a quelle a U=50 m/s.

Questo perché la superficie rugosa a U=20 m/s è in un punto che precede la transizione, quindi ha un effetto importante; mentre nel caso U=50 m/s la superficie sul corpo è nella stessa posizione del caso precedente, quello che cambia è che la transizione accade prima siccome la velocità è maggiore.

Quello che si nota è che per determinati valori di arrotondamento abbiamo un peggioramento del C_d, quindi si deduce che o si hanno dei angoli abbastanza acuminati oppure molto arrotondati, non una via di mezzo.

Andiamo a vedere il perché la via di mezzo non va tanto bene.

TRANSIZIONE FORZATA

TRANSIZIONE LIBERA

• IL FLUSSO HA DIREZIONE:
• SONO TUTTI Cp NEGATIVI, SICCOME È MEGLIO AVERE - Cp PIÙ GRANDI, NELLA FIGURA È MEGLIO AVERE Cp PIÙ BASSI (DISTANZA GRAFICO E CORPO PICCOLA)

QUELLO CHE SUCCEDE PER ANGOLI SENZA ARROTONDAMENTO È CHE ABBIAMO SEPARAZIONE FISSATA SULLO SPIGOLO. INIZIANDO AD ARROTONDARE LA PARTE POSTERIORE, HO UN PICCO DI Cp NEGATIVO PER POI AVERE UN RECUPERO DI PRESSIONE (CIOÈ AVERE UN GRADIENTE DI PRESSIONE AVVERSO). QUESTO È UN ASPETTO NEGATIVO DATO DAL FATTO CHE NOI VORREMMO SEPARARE IL PIÙ A VALLE POSSIBILE, MA SE IL Cp È MOLTO BASSO (VALORE ASSOLUTO MOLTO GRANDE), POTREMMO AVERE SEPARAZIONE DOVE HO IL PICCO DEL Cp NEGATIVO CIOÈ AVERE PRESSIONE BASSA E VELOCITÀ ALTA (NEGATIVA CONSEGNA). MA HO UN ASPETTO POSITIVO, CIOÈ CHE QUESTO RECUPERO DI PRESSIONE, SE NON SEPARATO NEL PICCO DI -Cp, MI FA AUMENTARE IL Cp, E SE QUESTO Cp PIÙ ALTO ME LO TROVO NELLA REGIONE DI BASE MI DIMINUISCE LA RESISTENZA.

Come si vede, arrotondando abbiamo sia un maggior picco di pressione minima sia un maggior recupero di pressione, ma il punto di separazione sarà dopo al picco di pressione minimo, questo vuol dire che avremo un C_p abbastanza grande nella separazione e quindi nella regione di base.

Summary

Boat tailing:

• Pro:
  • Abbassamento velocità separazione
  • Aumento pressione regione di base
  • Diminuzione superficie
• Contro:
  • Aumento di resistenza indotta data dalla generazione di portanza con l’aumento della rastremazione in tutti e due i piani

Rounding corners:

• Bisogna evitare che la separazione avvenga nel punto dove si ha la pressione minima

TOYOTA PRIUS

Si nota che nella parte posteriore si ha una zona incassata. Zona cava.

C_D = 0,25

Si è andato a studiare questo tipo di regione:

(Khalighi et al. 2012)

Risultato numerico

Risultato sperimentale (risultati per moto medio)

• No cavità
• Con cavità
• Con cavità + rastremizzazione

Studio su un corpotipo quello di Ahmed ma con la parte posteriore modificata.