Laboratorio Sperimentale di Aerodinamica

Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale

Giorgia Sinibaldi (giorgia.sinibaldi@uniroma1.it)

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 (giorgia.sinibaldi@uniroma1.it)

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)