33930 - AERODINAMICA M

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente apprende le nozioni necessarie per comprendere i fenomeni relativi al moto di un fluido attorno a un corpo, in particolare per lo studio della resistenza di veicoli, delle superfici portanti o deportanti e delle palettature di alcuni tipi macchine a fluido.

Contenuti

Introduzione. Obiettivi del corso. Richiami di fluidodinamica. Cinematica. Derivata materiale. Teorema del trasporto di Reynolds. Equazione di conservazione della massa. Equazioni di conservazione della quantità di moto. Forze di massa e di superficie. Il tensore delle tensioni. Equazione di conservazione dell'energia in forma integrale ed in forma differenziale. Equazione dell'energia in forma termica. Conservazione dell'energia totale lungo il moto. Entalpia totale e temperatura totale. Condizioni iniziali e al contorno. 

Similitudine geometrica, cinematica e dinamica. Forma adimensionale delle equazioni di Navier-Stokes. Numeri di Reynolds, di Prandtl e di Mach. Equazione di Bernoulli per moto rotazionale ed irrotazionale. Accelerazione di Lagrange. Pressione statica, dinamica totale. Tubo di Pitot e tubo Venturi. 

Moti irrotazionali e potenziale di velocità.Equazione di Laplace per il potenziale. Condizioni a contorno per il potenziale. Funzione di corrente, portata, legame con il potenziale. Soluzioni semplici dell'equazione di Laplace: Corrente uniforme. Sorgente/pozzo. Vortice libero (o potenziale). Circolazione. Vortice forzato (rotazionale). Combinazione corrente uniforme + sorgente: flusso intorno a corpo semi-infinito. Doppietta. Combinazione corrente uniforme + doppiette: flusso intorno ad un cilindro circolare, calcolo delle pressioni sul corpo. Calcolo delle forze per il flusso potenziale intorno ad un cilindro circolare: paradosso di D'Alambert. Combinazione corrente uniforme + doppiette + vortice: flusso intorno ad un cilindro con circolazione non nulla: calcolo delle pressioni e calcolo delle forze.

Teoria di Glauert per profili sottili: ipotesi di base. Velocità indotta dal foglio vorticoso. Teoria di Glauert per profili simmetrici. Portanza e coefficiente di portanza. Momento e coefficiente di momento. Centro di pressione e centro aerodinamico per profili simmetrici.  Teoria di Glauert per profili con inarcamento. Portanza, momento e relativi coefficienti adimensionali. Centro di pressione e centro aerodinamico per profili con inarcamento. Incidenza di portanza nulla, incidenza ideale.  Profili reali con spessore. Variazione del coefficiente di portanza con l'incidenza per profili di spessore medio, elevato e sottili. CL massimo ed incidenza di stallo.    
 
Parametri geometrici di un'ala: allungamento e rapporto di rastremazione.  Differenza tra profilo ed ala finita: vortice aderente e vortici liberi. Teoria di Prandtl per l'ala finita. Velocità indotta, incidenza indotta e incidenza effettiva.  Resistenza indotta.  Calcolo della portanza, dell'incidenza indotta e della resistenza indotta per un'ala finita.  Ala di massima efficienza. Distribuzione ellittica della portanza.  Variazione dei coefficienti di resistenza indotta e di portanza con l'allungamento alare. Angolo di planata. Polare dell'ala.    
 
Strato limite: concetti iniziali. Ipotesi di Prandtl. Spessore dello strato limite. Scelta delle grandezze di riferimento. Equazioni dello strato limite. Variazione della pressione nello strato limite. Soluzioni simili ed equazione di Blasius.  Calcolo della resistenza di una lastra piana.  Coefficiente di resistenza della lastra piana per moto laminare e moto turbolento.  Spessore dello strato limite e spessore di spostamento. Interazione strato limite – soluzione esterna. Separazione dello strato limite. Effetto del gradiente di pressione avverso per corpi tozzi e corpi affusolati. Strato limite turbolento.    
 
Grandezze critiche. Numero di Mach critico. Flussi quasi-1D stazionari omentropici. Ugello e diffusore nei regimi subsonico e supersonico. Gola efficace Flusso all'interno di un ugello convergente-divergente (ugello De Laval). Urto normale. Relazione di Prandtl. Relazioni tra le grandezze a monte ed a valle dell'urto. Variazione di entropia e di pressione totale attraverso l'urto.  Flussi 2D stazionari con piccole perturbazioni: equazione del potenziale linea rizzata. Espressione del coefficiente di pressione in regime subsonico. Similitudine di Prandt-Glauert. Andamento dei coefficienti aerodinamici nel caso subsonico.  Flusso supersonico con piccole perturbazioni: equazione delle onde. Espressione del coefficiente di pressione. Teoria di Ackeret. Andamento del CL, CM e CD.

Durante il corso saranno previsti alcuni seminari di approfondimento.

Testi/Bibliografia

J. D. Anderson "Fundamentals of Aerodynamics" Mc Graw-Hill Int.Ed., 2006. 

G. Graziani "Aerodinamica" Casa Editrice Universita' La Sapienza, 2008.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta composta da tre domande di tipo teorico a cui dare risposta scritta in 90 minuti. Colloquio finale.

Strumenti a supporto della didattica

Lezioni frontali.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Elisabetta De Angelis