Laboratorio Sperimentale di Aerodinamica
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale
Giorgia Sinibaldi ([email protected])
A.A. 2018/2019
Info corso
• Idoneità
• Laboratorio (giovedì pomeriggio dalle 14,00 - 18,30)
• Valutazione: relazione scritta di gruppo
• Frequenza obbligatoria
• Ricevimento: su appuntamento ([email protected])
Galleria del VentoLa 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 si hanno in un corpo fermo investito da una corrente di velocità V.
2. Il problema della Similitudine dei modelli con i velivoli reali
SimilitudinePer “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 f l u s s i i n c o m p r i m i b i l i l a similitudine più importante è quella del numero di Reynolds
Similitudine
Stesso fluido del caso reale
Richiede impianti di dimensioni molto grandi o misure ad alta velocità!
Esempio: similitudine di Reynolds
Galleria del Vento
Tipo di costruzione: • a circuito aperto • a circuito chiuso
CLASSIFICAZIONI
Galleria del VentoCLASSIFICAZIONI
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)
Tipo di costruzione: • a circuito aperto • a circuito chiuso
Galleria del Vento• subsonica (5 m/s – 50 m/s) max 25 m/s • a circuito chiuso • a sezione di prova aperta
4-5m
10m
Galleria del VentoCAMERA 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
Galleria del VentoCONVERGENTE
Serve per: • aumentare la velocità media del flusso • ridurre ulteriormente le fluttuazioni di velocità • ridurre lo spessore dello strato limite
Galleria del VentoSEZIONE 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!
Galleria del VentoDIFFUSORE
• 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.
Galleria del VentoCOMPRESSORE / 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
Galleria del VentoELEMENTI 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
Bilancia DinamometricaPrincipio di funzionamento: misura diretta della forza a partire dallo spostamento dalla posizione di equilibrio di un elemento deformabile.
3 componenti Portanza, resistenza e momento di beccheggio
6 componenti Portanza, resistenza, forza laterale, momento di beccheggio, momento di imbardata e di rollio
Bilancia Dinamometrica3 componenti
Portanza L = - (F + A) Resistenza D = Dr Mom beccheggio Mp = 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 (VD, VA, VF)
b
Bilancia Dinamometrica3 componenti
Portanza L = - (F + A) Resistenza D = Dr Mom beccheggio Mp = (A - F) b/2
P = punto rispetto al quale vengono calcolati i momenti b = distanza tra le due celle di carico A e F
AFT
FORE
DRAGLa portanza ha due componenti una a monte (FORE) e una a valle (AFT) del punto di applicazione, per poter determinare anche il momento
Bilancia Dinamometrica3 componenti
P = punto rispetto al quale vengono calcolati i momenti b = distanza tra le due celle di carico A e F
b Py
x
z
U∞
FORE
AFT
braccio
DRAG
b = 0.127 m
Portanza L = - (F + A) Resistenza D = Dr Mom beccheggio Mp = (A - F) b/2
Bilancia Dinamometrica
AFT FORE DRAG
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.
Bilancia DinamometricaCALIBRAZIONE: Consiste nel mettere in relazione l’uscita in tensione V con la forza applicata F, utilizzando dei pesi noti
pesi noti
Bilancia DinamometricaCALIBRAZIONE: Consiste nel mettere in relazione l’uscita in tensione V con la forza applicata F, utilizzano dei pesi noti
A = aA VA + bA
[N] [N/V] [V] [N]
Bilancia DinamometricaCALIBRAZIONE: Consiste nel mettere in relazione l’uscita in tensione V con la forza applicata F, utilizzano dei pesi noti
A = aA VA + bA
[N] [N/V] [V] [N]
Tubo di Pitot
Pt =pressione dinamica
Pressione totale
Pressione staticaPs =
pt ps
Pt tubo con foro tangenziale alla direzione del flusso Ps tubo con foro perpendicolare alla direzione del flusso
(Per flussi incompressibili (M<0.3))
pt = ps +12ρUs
2
Us =2 pt − ps( )
ρ
#
$%
&
'(
12
• Serve per ottenere una misura locale della velocità • Misura di pressione differenziale • Ha una forma che cerca di perturbare il meno possibile il campo
Progetto
1° prova 2° prova 3° prova 4° prova
calibrazioneala a pianta rettangolare (v =10 m/s)
ala a pianta rettangolare (v = 20 m/s)
ala rettangolare +
winglet (v = 20 m/s)
ala con pianta a scelta
(v = 20 m/s)
• Determinazione delle curve di calibrazione per le componenti misurate
• Valutazione dell’effetto del sostegno della bilancia
• Misura dei coefficienti di portanza, resistenza e momento di beccheggio
• Polare
• Confronti tra i vari casi
• realizzare due semiali con stessa superficie alare e allungamento: una di forma rettangolare e l’altra a scelta
• aggiungere all’ala rettangolare un’ala di estremità (winglet)
Relazione
1. Introduzione- Obiettivi del lavoro
2. Setup sperimentale - Descrizione della strumentazione utilizzata - Descrizione della realizzazione del modello - Descrizione delle geometrie realizzate
3. Risultati- Descrizione delle prove sperimentali - Risultati * confronti ala rettangolare alle due velocità * confronti ala rettangolare con e senza winglet (per v = 20 m/s) * confronti ala rettangolare e ala con altra geometria (per v = 20 m/s) * confronto tra le varie prove
4. Conclusioni
Progetto ACADEME AirCraft Analysis & DEsign ModulEs
Evento finale (fine Maggio)