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La fisica del volo PAF Teresa López-Arias 26 maggio 2010.

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Presentazione sul tema: "La fisica del volo PAF Teresa López-Arias 26 maggio 2010."— Transcript della presentazione:

1 La fisica del volo PAF Teresa López-Arias 26 maggio 2010

2 Ipotesi del continuo La particella di fluido Pressione totale, statica e dinamica Sforzo di taglio Viscosità e condizione di non-slittamento Strato limite (ipotesi di Prandtl) Regimi fluidodinamici: laminare e turbolento Similitudine fluidodinamica e numero di Reynolds

3 CONCETTI CHIAVE DELLA FLUIDODINAMICA Pressione (totale, statica e dinamica) Viscosità Condizione di non slittamento Strato limite

4 CONCETTI CHIAVE DELLA DINAMICA Forze: portanza, resistenza, propulsione, peso III Principio della Dinamica (azione-reazione)

5 Qualè lorigine della portanza?

6 QUALI SONO LE FORZE IN GIOCO? Propulsione Resistenza (?) Peso Portanza (?)

7 Forze perpendicolari alla superficie Forze tangenziali alla superficie

8 Interazione fluido – solido: pressione e sforzo di taglio (forza normale alla superficie) (forza tangente alla superficie)

9 Ma quale pressione..? Statica (anche per un fluido in movimento!) Dinamica Totale = Statica + Dinamica

10 pressione statica pressione totale pressione dinamica velocità aria

11 1 at = 760 mmHg = Pa = 1013 mbar = 10,3 mH 2 O 1 mbar = 100 Pa 1 bar = 10 5 Pa = 100 KPa Unità di misura della pressione

12 Come agiscono gli sforzi di taglio? Viscosità Viscosità Non-slip condition Non-slip condition Ipotesi di Ludwig Prandtl ( ): lo strato limite (boundary layer), ovvero dove la viscosità conta molto Ipotesi di Ludwig Prandtl ( ): lo strato limite (boundary layer), ovvero dove la viscosità conta molto

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15 Portanza ad angolo di attacco nullo stallo

16 Portanza nulla ad angolo di attacco nullo stallo

17 Forse hai sentito che le ali degli aeroplani devono avere un profilo curvo e asimmetrico per poter volare? Non è vero!

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19 Hai mai sentito nominare il Principio di Egual Tempo di Transito? E falso!

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23 Un aereo vola per lo stesso motivo di un elicottero! (spostando tanta aria verso il basso)

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25 -18 g +18 g portanza downwash deviazione dellaria verso il basso azione (viscosità) reazione

26 Chord line Thickness Chord, c Camber

27 relative wind angle of attack chord line L(lift) agisce fondamentalmente nella direzione normale allala (forze di pressione) D (drag) agisce fondamentalmente nella direzione parallela allala (sforzi di taglio)

28 orizzonte direzione di volo linea di corda

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31 finesse

32 FINESSE (F ) = 1/E = L/D La qualità aerodinamica aumenta con il diminuire dei bisogni energetici, E La finesse è in rapporto diretto con la qualità aerodinamica Finesse = Glide number = Glide ratio F (albatros) = 20 F (Boeing 747) = 15 F aumenta con ali lunghe e strette e un corpo affusolato

33 La qualità aerodinamica aumenta con il diminuire dei bisogni energetici, E La qualità aerodinamica aumenta con il diminuire dei bisogni energetici, E La finesse è in rapporto diretto con la qualità aerodinamica La finesse è in rapporto diretto con la qualità aerodinamica Finesse = Glide number = Glide ratio Finesse = Glide number = Glide ratio F (albatros) = 20 F (albatros) = 20 F (Boeing 747) = 15 F (Boeing 747) = 15 F aumenta con ali lunghe e strette e un corpo affusolato F aumenta con ali lunghe e strette e un corpo affusolato

34 F = U / v = rate of descent Per un Boeing 747, F = 15 Per un Boeing 747, F = 15 Se tutti i motori si spengono a 10 km di altitudine, laereo può restare in aria per altri 150 km Se tutti i motori si spengono a 10 km di altitudine, laereo può restare in aria per altri 150 km Se il Boeing deve planare, è meglio che F sia il più alto possibile! Se il Boeing deve planare, è meglio che F sia il più alto possibile! I moderni alianti raggiungono F ~ I moderni alianti raggiungono F ~ 40-60

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36 Re (balena)= (ρ U L /μ) = = 10 3 (kg/m 3 ) 10 (km/h) 30 m / (10 -3 Pa·s) 10 8 Re (paramecio)= (ρ U L /μ) = = 10 3 (kg/m 3 ) (m/s) m / (10 -3 Pa·s) Anche se si muovono nello stesso mezzo, la loro situazione fluidodinamica è completamente diversa

37 Re (Airbus)= (ρ U L /μ) = = 1 (kg/m 3 ) 900 (km/h) 80 m / (10 -3 Pa · s) ~ 10 8 Re (ape)= (ρ U L /μ) = = 1 (kg/m 3 ) 1 (m/s) m / (10 -3 Pa · s)~ 10

38 (blog sulla fisica del volo, lcosfi, unitn: descrizione esperimenti, filmati, foto, materiale bibliografico) (descrizione di alcuni elementi di fluidodinamica necessari per capire il volo degli aeroplani; introduce la circolazione; interessanti i diagrammi dei campi di pressione, velocità e forze intorno ad un profilo alare) (immagini e filmati di svariati fenomeni fluidodinamici) (sito educativo della NASA; presenta le tre spiegazioni scorrette più frequenti sullorigine della portanza) (la storia dei Wright, simulazioni, filmati, foto) (un pilota spiega il volo) (mette in luce le misconcenzioni e spiegazioni incorrette più frequenti) Multimedia Fluid Mechanics (DVD, Cambridge University Press)

39 A History of Aerodynamics, John D. Anderson Jr. Cambridge University Press What makes airplanes fly? History, Science, and Applications of Aerodynamics, Peter P. Wegener, Springer-Verlag Understanding Flight, 2° Ed., David F. Anderson & Scott Eberhardt, McGraw Hill The Simple Science of Flight, From Insects to Jumbo Jets, Henk Tennekes, The MIT Press

40 Profili veloci: la resistenza al moto nei fluidi (Shape and Flow) Ascher H. Shapiro, Zanichelli Aerodynamics, Selected Topics in the Light of their Historical Development, Theodore Von Kármán, Dover Publications Inc.

41 Progress in Flying Machines, Octave Chanute, Dover Publications Inc. Il volo degli uccelli come base dellarte del volo, Otto Lilienthal, LoGisma Editore How we invented the airplane, An Illustrated History, Orville Wright The Wright Brothers, How they invented the airplane, Russell Freedman


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