93749 - APPLIED AERODYNAMICS

Conoscenze e abilità da conseguire

The student will be able to apply the fundamental concepts of the physics of viscous flows in order to assess the flow behaviour around aerodynamic and bluff bodies, to estimate the aerodynamic loads, to propose flow control methods and to be capable to perform an aerodynamic conceptual design.

Contenuti

1. I FLUIDI E IL LORO MOTO Cenni di fisica dei fluidi. Proprietà dei fluidi. Le equazioni di Navier-Stokes. Le equazioni del moto incomprimibile. Le equazioni del moto potenziale. Lo strato limite. Le equazioni di Prandtl. Procedura iterativa flusso potenziale-strato limite.

2. AERODINAMICA DEI CORPI TOZZI Richiami sul fenomeno della separazione. Definizione di corpi aerodinamici e corpi tozzi. Procedura iterativa per il calcolo aerodinamico su corpi tozzi. Legame fra pressione nelle zone di separazione e velocità alla separazione. Modello di Helmoltz. Legame tra resistenza e energia nel piano di Trefftz. La scia. Fenomeni di instabilità della scia. Instabilità convettiva ed assoluta. Topologia della scia. Parametri caratteristici. Vorticità contenuta in uno strato limite e suo flusso. Teorema di conservazione della vorticità totale. Energia della scia e legame con intensità, larghezza e tipologia dei vortici contenuti. Curve CD-Re per corpi bidimensionali. Effetto della rugosità e della turbolenza nel flusso incidente. Effetto della geometria. Metodologie di controllo attive e passive per corpi tozzi bidimensionali. Il “boat tailing”. Corpi tozzi tridimensionali. Il corpo di Morel. Andamento del Cd e topologia del campo di moto. Metodologie di controllo attive e passive per corpi tozzi tridimensionali. Interferenza.

3. AERODINAMICA DEI VEICOLI Cenni introduttivi. Il ruolo dell’aerodinamica nel progetto di un veicolo terrestre. Il progetto aerodinamico: diversi approcci. Cenni storici. Applicazione dei concetti basilari dell’aerodinamica dei corpi tozzi ai veicoli. Ottimizzazione di particolari geometrici, boat-tailing, base bleed, spigoli posteriori. Metodologie per il controllo delle azioni aerodinamiche su veicoli terrestri. Metodologie numeriche e sperimentali per la stima dei carichi aerodinamici. Aerodinamica dei veicoli commerciali. Aerodinamica dei veicoli da competizione. Cenni storici. Strumenti per la generazione di deportanza in un veicolo da competizione. Il progetto aerodinamico di un veicolo da competizione.

4. AERODINAMICA INDUSTRIALE Cenni introduttivi. Il buffeting. Risposta di un sistema a buffeting. Richiamo funzione di autocorrelazione e lunghezze di correlazione. Risposta a spettro generico di forza. Ammettenza aerodinamica. Metodologie per ridurre la risposta a buffeting. Galloping. Velocità critica di galloping. Corpi soggetti a galloping. Richiami sul fenomeno del distacco alternato di vortici e delle forze fluttuanti associate. Il fenomeno del lock-in. Risposta a vortex shedding. Metodi per il controllo della risposta a vortexshedding. Forza dovuta all'accelerazione. La massa aggiunta. Valutazione della massa aggiunta con metodologie potenziali. Espressione generale energia cinetica e massa aggiunta in casi 3D. Forza di Froude-Krylov. Cenni sul flutter.

5. AERODINAMICA DEI VEICOLI A DECOLLO VERTICALE Cenni introduttivi. Aspetti storici. Aerodinamica del rotore. Equazioni del moto per l'Hovering. Disk loading e Power Loading. Velocità indotte nel disco. Coefficienti di spinta e di potenza. Confronto risultati teorici con misure sperimentali. Effetti di flusso non-ideale. Perdite legate ai vortici di estremità alari. Figure di merito. Stima degli effetti non ideale tramite misure sui rotori. Solidità del rotore e coefficienti di carico della pala. Bilancio in condizioni di salita e discesa. I regimi in fase di discesa. Potenza richiesta per la salita e la discesa. L'autorotazione. Bilancio in condizioni di volo orizzontale. Soluzioni numeriche alle equazioni di inflow. Validità della equazione di inflow. Analisi agli elementi di pala. Blade Element Theory. Svergolamento ideale. Cenni sulla simulazione numerica. Il rotore ottimo.

6. AERODINAMICA DEI GENERATORI EOLICI. Cenni introduttivi. Aspetti storici. Potenza disponibile. La teoria del disco attuatore. Il limite di Betz. Modello Blade Element per generatori eolici. La “Blade Element Momentum Theory”. Effetto del numero delle pale. Effetti della viscosità. Perdite legate al tip. Effetto dello stallo. Profili alari per turbine eoliche. Cenni sulla scia vorticosa.

7. AERODINAMICA DELLE IMBARCAZIONI A VELA. Cenni introduttivi. Aspetti storici. Definizioni fondamentali. Forze aerodinamiche e idrodinamiche in imbarcazioni a vela. Problematiche di progetto. Analisi delle prestazioni.

Testi/Bibliografia

Elements of Fluid Dynamics – G. Buresti – Imperial College Press - ISBN-13 978-1848168893

Road Vehicle Aerodynamic Design: An Introduction - Mechaero Publishing; ISBN-13: 978-0954073404

Principles of Helicopter Aerodynamics - J.G. Leishman - Cambridge University Press- ISBN-13: 978-1107013353

Dispense fornite dal docente e disponibili su IOL

Metodi didattici

Lezioni ed esercitazioni frontali tenute dal docente. Durante il corso saranno organizzati corsi integrativi o seminari tenuti da personale altamente qualificato e riguardanti aspetti applicativi dell'aerodinamica in campo aeronautico e industriale. Gli argomenti dei seminari svolti andranno a fare parte integrante del programma e potranno essere oggetto di verifica in sede di esame.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica avverrà tramite un'unica seduta di esame durante la quale lo studente dovrà dimostrare una sufficiente padronanza delle equazioni e delle tecniche presentate a lezione e di essere in grado di operare una sintesi delle conoscenze maturate.

Strumenti a supporto della didattica

Saranno utilizzati lavagna e proiezioni di slides da computer.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandro Talamelli