Aerodinamica e Gasdinamica - Riassunto dettagliato

Aerodinamica: Concetti introduttivi

Gas come continuo

Il gas può essere considerato un fluido continuo in cui le variazioni di densità sono trascurabili.

Condizioni idrostatiche

Le condizioni idrostatiche si riferiscono all'equilibrio dei fluidi non in movimento.

Bilancio termico dei fluidi

Il bilancio termico tiene conto delle variazioni di temperatura nei fluidi.

Viscosità

La viscosità è una misura della resistenza di un fluido al movimento.

Velocità di deformazione

Descrive quanto rapidamente un fluido si deforma sotto l'azione di forze.

Traiettorie e linee di corrente

Le traiettorie (pathlines) e le linee di corrente (streamlines) descrivono il percorso seguito dalle particelle fluide.

Corpo bernoulliano equivalente e δ^*

Questa teoria si applica ai profili alari per distribuire la pressione intorno ad essi.

Equazione di Eulero

L'equazione di Eulero descrive il moto dei fluidi ideali.

Equazione di Bernoulli

Questa equazione è fondamentale per descrivere la conservazione dell'energia nei flussi stazionari.

Profili alari

Azioni aerodinamiche

Descrivono le forze e i momenti generati da un profilo alare in movimento.

Coefficienti adimensionali

I coefficienti adimensionali sono usati per caratterizzare le prestazioni aerodinamiche.

Corpo tozzo e appuntito

Descrive la forma dei profili e la loro influenza sulla resistenza aerodinamica.

Separazione dello strato limite

Fenomeno in cui il flusso si stacca dalla superficie di un corpo.

Richiami di algebra vettoriale

Concetti matematici di base per la descrizione dei campi fluidi.

Flussi potenziali

Conservazione massa

Principio fondamentale che stabilisce che la massa non può essere creata o distrutta.

Conservazione QDM -> Eq. di Navier-Stokes

Descrive come la quantità di moto si conserva nei fluidi viscosi.

Calcolo di D^'

Calcolo delle variazioni di entalpia nei flussi.

Esercizio: Equazioni di Eulero e Bernoulli

Applicazione pratica delle equazioni di Eulero e Bernoulli.

Esercizio: Conservazione energia

Problemi pratici sulla conservazione dell'energia nei sistemi fluidi.

Funzione di corrente (Streamfunction)

Una funzione usata per descrivere il moto bidimensionale dei fluidi.

Funzione potenziale

Utilizzata per rappresentare campi fluidi privi di vortici.

Circolazione e vorticità

Descrive la rotazione dei fluidi e la loro distribuzione nel flusso.

Flussi elementari -> uniforme

I flussi elementari comprendono flussi uniformi, pozzi, sorgenti e vortici.

• Pozzo e sorgente
• Vortice libero
• Flusso uniforme e sorgente
• Flusso uniforme + pozzo
• Doppietto (sorgente + pozzo a distanza ρ)
• Cilindro (uniforme + doppietto)
• Cilindro portante (uniforme + doppietto + vortice)

Teorema di Kutta-Joukowski

Descrive la portanza generata da un profilo alare in un flusso.

Flusso attorno a cilindro

• Re << 1
• Re < 40
• 40 < Re < 200,000
• 1000 < Re < 300,000
• 300,000 < Re < 3,000,000
• Re > 3,000,000

Profili alari (2)

Diagrammi caratteristici

Utilizzati per rappresentare le caratteristiche aerodinamiche dei profili.

Profili

• Gottingen
• Naca 4-5-6
• Wortmann
• GA
• Curvatura variabile
• Reflex

Influenza dei parametri geometrici

• Camber
• Spessore
• Raggio naso

Tipologie di stallo

• Sottile (Long Bubble Stall)
• Medio (Short Bubble Stall)
• Spesso (Trailing Edge Stall)

Strato limite cinematico

Displacement thickness (δ^*)

Misura dello spostamento del flusso dovuto alla presenza del corpo.

Momentum thickness (θ)

Misura della perdita di quantità di moto nello strato limite.

Energy thickness (δ^**)

Rappresenta la perdita di energia nello strato limite.

Bilancio di massa nello strato limite

Il bilancio di massa analizza la variazione della massa nel volume di controllo.

Bilancio della QDM nello strato limite

Analizza il bilancio della quantità di moto in direzione x e y.

Eq. integrale di Von Karman

Equazione che descrive il bilancio della quantità di moto in un profilo di flusso.

Parametro di Polhausen

Un parametro utilizzato per caratterizzare lo spessore dello strato limite.

Tecniche di controllo dello strato limite

Boundary Layer Control

Metodi per modificare il comportamento dello strato limite.

Modifica forma

Modifica della geometria per migliorare le prestazioni aerodinamiche.

Transizione

• Aspirazione strato
• Turbolatori

Controllo separazione

• Aspirazione strato
• Soffiamento
• Trailing Edge o Leading Edge Flap
• Turbolatori o Vortex Generator

Profili sottili (6)

Vortex sheet

Una rappresentazione del moto dei fluidi utilizzando strati di vortici.

Condizioni di Kutta → Starting vortex

Condizioni al contorno che influenzano la formazione di vortici iniziali.

Teorema di Kelvin → Stopping vortex

Descrive il comportamento del flusso quando un vortice si ferma.

Teoria del profilo sottile

Teoria che analizza il comportamento aerodinamico dei profili sottili.

Profilo sottile simmetrico e asimmetrico

Descrive le differenze nei profili sottili in base alla simmetria.

Ala finita (10)

Flusso attorno all'ala finita

Studio del comportamento dei flussi intorno a un'ala di lunghezza finita.

Teoria della linea portante di Prandtl → Filamento di vortici

Teoria che associa vortici lineari alla portanza generata da un'ala.

Concetti preliminari → Biot-Savart