Laboratorio Sperimentale di Aerodinamica

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1 Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale Laboratorio Sperimentale di Aerodinamica Giorgia Sinibaldi (giorgia.sinibaldi@uniroma1.it) A.A. 2017/2018

2 Info corso Idoneità Laboratorio (mercoledì pomeriggio dalle 14,30-18,30) Valutazione: relazione scritta di gruppo sull esperienza in laboratorio 1. Inquadramento del problema 2. Descrizione della costruzione del modello 3. Descrizione delle prove sperimentali 4. Risultati 5. Confronto con letteratura (se possibile) Frequenza obbligatoria Ricevimento: su appuntamento

3 Galleria del Vento La galleria del vento è un apparecchiatura che serve per studiare l andamento di un fluido attorno a un corpo Misure che si possono effettuare: velocità (locale o globale), temperatura, pressione e forze esercitate dal fluido sul corpo La galleria del vento si basa su: 1. Principio di Reciprocità: le azioni aerodinamiche su un corpo in movimento a velocità V in atmosfera in quiete sono le stesse che nascono in un corpo fermo investito da una corrente di velocità V. 2. Il problema della Similitudine dei modelli con i velivoli reali

4 Similitudine Per simulare nella maniera più accurata che quello che avviene nella realtà, devono essere soddisfatti tre criteri di similitudine: Similitudine geometrica: tutte le dimensioni devono scalare allo stesso modo

5 Similitudine Per simulare nella maniera più accurata che quello che avviene nella realtà, devono essere soddisfatti tre criteri di similitudine: Similitudine geometrica: tutte le dimensioni devono scalare allo stesso modo L B prototype = L B model

6 Similitudine Per simulare nella maniera più accurata che quello che avviene nella realtà, devono essere soddisfatti tre criteri di similitudine: Similitudine geometrica: tutte le dimensioni devono scalare allo stesso modo Similitudine cinematica: Uguaglianza rapporti di velocità (tutte le velocità devono scalare dello stesso fattore). VA V a = VB V b VA VB Va Vb

7 Similitudine Per simulare nella maniera più accurata che quello che avviene nella realtà, devono essere soddisfatti tre criteri di similitudine: Similitudine geometrica: tutte le dimensioni devono scalare allo stesso modo Similitudine cinematica: Uguaglianza rapporti di velocità (tutte le velocità devono scalare dello stesso fattore). Similitudine dinamica: uguaglianza dei rapporti delle forze In aerodinamica, nel caso di flussi incomprimibili la similitudine più importante è quella del numero di Reynolds

8 Similitudine Esempio: similitudine di Reynolds Stesso fluido del caso reale Richiede impianti di dimensioni molto grandi o misure ad alta velocità!

9 CLASSIFICAZIONI: Tipo di costruzione: a circuito aperto a circuito chiuso Galleria del Vento

10 CLASSIFICAZIONI: Tipo di costruzione: a circuito aperto a circuito chiuso Galleria del Vento Campo di velocità Subsoniche incomprimibili (0 M 0.3) Subsoniche comprimibili (0.3 M 0.8) Transoniche (0.8 M 1.2) Supersoniche (1.2 M 5) Ipersoniche (M 5)

11 10 m Galleria del Vento subsonica (5 m/s 50 m/s) max 25 m/s a circuito chiuso a sezione di prova aperta 4-5 m

12 Galleria del Vento CAMERA DI CALMA Serve a eliminare i vortici di larga scala e uniformare il profilo di velocità Nidi d ape e reticoli di fili a passo decrescente La lunghezza della camera di calma a valle dei nidi d ape e dei reticoli viene scelta al fine di ottenere le fluttuazioni di velocità volute

13 Galleria del Vento CONVERGENTE Serve per: aumentare la velocità media del flusso ridurre ulteriormente le fluttuazioni di velocità ridurre lo spessore dello strato limite

14 Galleria del Vento SEZIONE DI PROVA Area in cui viene posizionato il modello Di solito è aperta nelle gallerie a circuito chiuso e chiusa nelle gallerie a circuito aperto Attenzione alla sezione utile per la misura!

15 Galleria del Vento DIFFUSORE Serve ad allontanare l elica del propulsore dalla sezione di prova e ridurre le perdite di energia cinetica all uscita della sezione, riducendo la velocità (si riduce la potenza dissipata) Nelle gallerie a circuito chiuso ci sono due diffusori.

16 Galleria del Vento COMPRESSORE / VENTILATORE Serve a compensare le perdite e le cadute di pressione dovute all attrito e al modello Deve essere immerso in un flusso che sia il più uniforme possibile

17 Galleria del Vento ELEMENTI ANGOLARI Servono ad avviare il flusso nel cambio di direzione a 90 Elementi a forma di profilo alare che attraversano la galleria del vento in corrispondenza di cambiamenti bruschi di direzione

18 Bilancia Dinamometrica Principio di funzionamento: misura diretta della forza a partire dallo spostamento dalla posizione di equilibrio di un elemento deformabile. 6 componenti Portanza, resistenza, forza laterale, momento di beccheggio, momento di imbardata e di rollio 3 componenti Portanza, resistenza e momento di beccheggio

19 Bilancia Dinamometrica 3 componenti b Portanza L = - (F + A) Resistenza D = D r Mom beccheggio M p = A b P = punto rispetto al quale vengono calcolati i momenti b = distanza tra le due celle di carico A e F Nelle bilance elettroniche: Il modello viene sostenuto da un braccio In uscita si ottiene un segnale elettrico da un trasduttore di forza che è legato linearmente con al forza applicata Le celle di carico vengono caricate o scaricate -> cambia la tensione in uscita dalle celle (V D, V A, V F )

20 Bilancia Dinamometrica 3 componenti Portanza L = - (F + A) Resistenza D = Dr Mom beccheggio Mp = (A - F) b/2 FORE AFT P = punto rispetto al quale vengono calcolati i momenti b = distanza tra le due celle di carico A e F DRAG La portanza ha due componenti una a monte (FORE) e una a valle (AFT) del punto di applicazione, per poter determinare anche il momento

21 Bilancia Dinamometrica 3 componenti z Portanza L = - (F + A) Resistenza D = Dr Mom beccheggio Mp = (A - F) b/2 x y b P FORE AFT P = punto rispetto al quale vengono calcolati i momenti b = distanza tra le due celle di carico A e F b = m cio c a br DRAG U

22 Bilancia Dinamometrica L uscita delle celle di carico è inviata ad un amplificatore e a un display sul quale vengono rilevati i valori delle forze in Volt. AFT FORE DRAG

23 Bilancia Dinamometrica L uscita delle celle di carico è inviata ad un amplificatore e a un display sul quale vengono rilevati i valori delle forze in Volt. AFT FORE DRAG

24 Bilancia Dinamometrica CALIBRAZIONE: Consiste nel mettere in relazione l uscita in tensione V con la forza applicata F, utilizzano dei pesi noti pesi noti

25 Bilancia Dinamometrica CALIBRAZIONE: Consiste nel mettere in relazione l uscita in tensione V con la forza applicata F, utilizzano dei pesi noti [N] [N/V] [V] [N] A = a A V A + b A

26 Tubo di Pitot Serve per ottenere una misura locale della velocità Misura di pressione differenziale Ha una forma che cerca di perturbare il meno possibile il campo P t = P s = Pressione totale Pressione statica pressione dinamica P t -> tubo con foro tangenziale alla direzione del flusso P s -> tubo con foro perpendicolare alla direzione del flusso (Per flussi incompressibili (M<0.3)) p t p s p t = p s ρu 2 s # U s = 2 p p t s % $ ρ ( ) & ( ' 1 2

27 Progetto due semi ali con stessa superficie alare e allungamento: una di forma rettangolare e l altra a scelta aggiungere ala di estremità (winglet) all ala rettangolare 1 prova 2 prova 3 prova 4 prova calibrazione ala rettangolare ala rettangolare ala rettangolare + winglet ala a scelta V1=10 m/s V2=20 m/s V1 o V2 V2=10 m/s