CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed...
Transcript of CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed...
![Page 1: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/1.jpg)
Corso di MECCANICA DEL VOLO Modulo Prestazioni
CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed ali
Prof. F. Nicolosif
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 1
![Page 2: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/2.jpg)
FORZE AERODINAMICHE
Per dato corpo (dimensioni)
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 2
![Page 3: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/3.jpg)
FORZE AERODINAMICHEGenesi Portanza
L’ala agisce come una paletta
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 3
![Page 4: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/4.jpg)
FORZE AERODINAMICHE
Si può quindi capire perché L= f ( V α S)2Si può quindi capire perché L f ( V , α , S)
- III Legge di Newton (azione e reazione)L i d i di h è i d- La corrente viene deviata di ε che è approssimato ad α
Variazione di velocità verticale w=V sen α circa = V αVariazione di velocità verticale w V sen α circa V α
Portata di massa = ρ V A , dove l’area interessata A = SρLa variazione di quantità di moto in direzione verticale(= L, portanza) è pari quindi a :
(ρ V S) V α , da cui :- Dipende dal quadrato della velocitàDipende dal quadrato della velocità- Dipende dalla densità - Dipende dalla superficie
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 4
- Dall’angolo d’attacco (che definisce il coeff di portanza CL)
![Page 5: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/5.jpg)
FORZE AERODINAMICHE
Teorema Kutta-Joukowski
L=ρ V Γ
+=
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 5
![Page 6: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/6.jpg)
PROFILI ALARI
S i (M hi k )z
Li di
Spessore massimo (Max thickness)
Massima curvatura (Max camber)
z
Linea media
Linea della corda
x
Corda
x=0 x=cLeading edgeBordo d’attacco
Trailing edgeB d di it
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 6
Bordo d attacco Bordo di uscita
![Page 7: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/7.jpg)
F tiPROFILI ALARI
Forze e momenti
F di i l i
Portanza
Forza aerodinamica complessivaMomento
V+
α ResistenzaV∞
Vento relativo
Angolo d’attacco (α) : angolo tra la velocità relativa e la corda
Note: 1) La portanza è perpendicolare alla velocità della corrente indisturbata2) Resistenza è parallela
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 7
3) Il momento è positivo se cabrante
![Page 8: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/8.jpg)
PROFILI ALARI
Momento aerodinamico
y
+M1
x
y
αV∞ +
M2x
Nota: La forza ed il momento possono essere rappresentati rispetto a qualsiasi punto sulla corda.La forza non cambia, ma il momento dipende assolutamente dal
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 8
punto rispetto al quale si decide di valutarlo
![Page 9: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/9.jpg)
PROFILI ALARI
Distribuzione di pressione
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 9
![Page 10: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/10.jpg)
PROFILI ALARI
Centro di pressione
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 10
![Page 11: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/11.jpg)
PROFILI ALARI
Il centro di pressione si sposta sul profiloal variare dell’angolo d’attacco.
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 11
![Page 12: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/12.jpg)
c lq S
d
l ≡∞
Portanza (Lift):PROFILI ALARI
c dq S
m
d ≡∞
Resistenza (Drag):
N t ffi i ti di i li c mq Scm ≡
∞
Momento(Moment):Nota: coefficienti adimensionali
Il coefficiente di portanza ha un legame lineare con l’angolo d’attacco fino a cheIl coefficiente di portanza ha un legame lineare con l angolo d attacco fino a che non sopraggiungono separazioni e si entra in regime non-lineare.Il gradiente della retta di portanza misura all’incirca 0.10 [1/deg] per quasi tutti i
fili ( ttili) Il l d l ffi i t di t i ll t ll i t 1 3profili (sottili). Il valore del coefficiente di portanza massimo allo stallo varia tra 1.3 ed 1.7 per profili normalmente usati in aviazione e numeri di Reynolds tra 3 e 9 milioni.Sempre ad usuali Reynolds di impiego (tra 6 e 9 milioni) il coefficiente di resistenza di un profilo ha valori compresi tra 0.004-0.005 (profili con elevata estensione di flusso laminare) e 0.006-0.008 (profili turbolenti). Il coefficiente di momento rispetto al centro aerodinamico è negativo (cioè picchiante) per profili a curvatura positiva ed è tanto più forte quanto più il profilo è curvo. Per profili normalmente utilizzati sui velivoli il valore varia tra –0.02 (profili
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 12
p f (p fpoco curvi) e –0.10 (profili abbastanza curvi).
![Page 13: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/13.jpg)
PROFILI ALARI
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 13
Andamento dei coefficienti aerodinamici
![Page 14: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/14.jpg)
PROFILI ALARI
a i 0 10 0 11 [1/d ]ao = circa 0.10-0.11 [1/deg]Alfa zero lift dip. dalla curvatura(0, -2°, fino a -5°)
α∗ : alfa di fine linearità (tra 7-10°)
Cl ma : massimo coefficiente diCl max: massimo coefficiente di portanza allo stallo (1.3-2.0), dipende da curvatura del profilo, forma del l e e Reynoldsforma del l.e. e Reynolds.
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 14
![Page 15: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/15.jpg)
Effetti del numero di Reynolds
Ad alti numeri di Reynolds lo strato limite riesce a fluire laminareper una minore estensione. Quindi lo strato limite diventaturbolento(attraverso la transizione) in posizione anticipata sulturbolento(attraverso la transizione) in posizione anticipata sulcorpo. In generale lo strato limite ad alti Reynolds diventa quindipiù resistente alla separazione.p p zRitardata separazione comporta stallo ad alfa maggiori e minoreresistenza di pressione (scia).
cl cd l
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 15
α cl
![Page 16: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/16.jpg)
PROFILI ALARI
PROFILO NACA 4418PROFILO NACA 4418
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 16
![Page 17: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/17.jpg)
Influenza del Mach sulla portanza
MACHM V M∞ = V∞
a
cc
Ml
lM= =0
1 2In generale in subsonico
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 17
M− ∞1 2ge e a e subso coRegola di Prandtl-Glauert
![Page 18: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/18.jpg)
Mach critico
• Quando il numero di Mach della corrente si avvicina a 1, ,condizioni di flusso sonico saranno raggiunte in qualche punto del profilo (la velocità sul dorso del profilo è maggiore di quella della corrente a monte)maggiore di quella della corrente a monte)
• Il numero di Mach della corrente per il quale per la prima volta si raggiungono condizioni “soniche”(cioè M=1) sul gg g ( )profilo, viene detto :Il numero di Mach critico (Critical Mach number (Mcrit)
M∞ M=1
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 18
![Page 19: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/19.jpg)
Onde d’urto
• Quando il numero di Mach della corrente supera quello critico, un’ ”onda d’urto” si forma sul profilo
M∞q , p(generalmente inizialmente sul dorso del profilo)
• L’onda d’urto rappresenta una forte discontinuità di i (i t ll ) d i t i hpressione (in aumento a valle) ed interagisce anche con
lo strato limite causando inspessimento e possibile separazionep
Terminating
M∞M < 1 M > 1
Shock
Separated
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 19
Wake
![Page 20: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/20.jpg)
Barriera del suono
• La resistenza associata all’ “onda d’urto” e la separazione viscosa associata comportano quindi unseparazione viscosa associata comportano quindi un forte aumento della resistenza. All’aumentare del Mach oltre quello critico l’onda d’urto diventa intensa e si
t il b d d’ tt d l filsposta verso il bordo d’attacco del profilo.• Il forte aumento di resistenza e le vibrazioni associate
(buffeting) sono quelle che i piloti avvertono come(buffeting) sono quelle che i piloti avvertono come “barriera del suono”
• Quando la resistenza aumenta molto si è raggiunto il ggcosiddetto Drag Divergence Mach number (Mach di divergenza della resistenza)
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 20
![Page 21: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/21.jpg)
Resistenza in campo comprimibile
M h iti M h di di d ll i t
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 21
Mach critico Mach di divergenza della resistenza
![Page 22: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/22.jpg)
Profili alari – evoluzione storica
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 22
![Page 23: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/23.jpg)
Profili alari – caratteristiche aerodinamiche
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 23
![Page 24: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/24.jpg)
Profili alari
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 24
![Page 25: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/25.jpg)
V (velocità flusso)
L’ALA FINITA
Angolo di freccia al bordo d’attacco
V (velocità flusso)
Wing section (airfoil)Sezione alare (profilo)Sezione alare (profilo)
Wing area (superficie alare) Corda di radice cr
Linea dei punti a c/4
S
Bordo d’attaccoBordo d’uscita
Corda di estremità ct
Apertura alare (b)
AR Aspect ratio
Dihedral angle (angolo diedro)
Γ
AR Aspect ratio (allungamento alare)
AR b=2 Sono parametri
λ =ct/cr taper ratio (0-1) (rapporto di rastremazione)
Le ali dei velivoli da trasportosono caratterizzate da ali
Rastremate
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 25
AR S= Sono parametriadimensionali a freccia
![Page 26: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/26.jpg)
L’ala può essere rettangolare (profilo
L’ALA FINITA
L’ala può essere rettangolare (profilo costante) oppure essere rastremata, cioè con corda di estremità più piccola rispetto a quella di radicea quella di radice.
Il rapporto tra la corda di estremità (ct e la corda di radice cR viene detto rapporto di rastremazione (taper ratio) ed indicato con
λ = ct/cR < 1 (tip. Tra 0.3 e 0.7)( p )
L’ala rastremata (tapered wing) viene adottata principalmente perché sposta il carico di portanza verso la radice (cordecarico di portanza verso la radice (corde maggiori forniscono forze di portanza maggiori). Ovviamente bisogna ragionare a parità di superficie alare necessaria a Si i i ia parità di superficie alare necessaria a fornire la portanza che equilibra il peso. Rastemando l’ala si riduce la sollecitazione flettente in corrispondenza
⇒ Si riesce a ridurre il peso
strutturale dell’ala
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 26
sollecitazione flettente in corrispondenza dell’attacco ala-fusoliera.
![Page 27: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/27.jpg)
L’ALA FINITA
I velivoli che operano a velocità elevate(transonico e alto transonico) (cioè(transonico e alto transonico) (cioènumero di Mach tra 0.6 e 0.9) , devonoadottare un certo angolo di freccia(sweep angle).(sweep angle).
L’angolo di freccia riduce la componentedi velocità della corrente (cioè del Mach)
di l l b d d’ ttperpendicolare al bordo d’attacco.
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 27
![Page 28: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/28.jpg)
A t R tiL’ALA FINITA
Aspect Ratio
AR bS=2Aspect Ratio (AR): AR S
N t AR b/ f t l i
High AR Low AR
Note: AR=b/c for rectangular wings.
High AR Low AR Typical Values
Fighters: 2 5Fighters: 2-5Transports: 6-10Gliders: 10-15
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 28
![Page 29: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/29.jpg)
A t R tiA t R ti (AR)
L’ALA FINITA
Aspect RatioAR b
S=2
Aspect Ratio (AR):
AR S
Valori tipici:
1 Lockeed Electra AR=7.52 Shorts 360 AR=12.43 F kk F28 AR 83 Fokker F28 AR=84 Airbus A320 AR=9.45 Concorde AR=25 Concorde AR 2
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 29
![Page 30: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/30.jpg)
Wi ti V tiL’ALA FINITA
Wingtip Vortices
Downwash
TOP SURFACE(relative low pressure) Front
BOTTOM SURFACE
(relative high pressure)
View
upper surface flow (inboard) lower surface flow (outboard)
BottomView
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 30The pressure imbalance at the wingtip sets up a spanwisecomponent of flow, strongest at the tips, weakest in the center.
![Page 31: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/31.jpg)
Wi ti V tiL’ALA FINITA
Wingtip VorticesQuesta distribuzione di pressione e flusso produce alle dueQuesta distribuzione di pressione e flusso produce alle dueestremità dei vortici che si estendono a valle.Tali vortici vanno però a modificare anche la direzione dellacorrente che investe l’ala Tale deflessione della correntecorrente che investe l ala. Tale deflessione della correnteviene detta “downwash”.
DownwashEffective free stream directionin vicinity of the wing
V∞
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 31
![Page 32: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/32.jpg)
Wingtip Vortices
L’ALA FINITA
Wingtip Vortices
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 32
![Page 33: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/33.jpg)
Si può ridisegnare il vettore portanza perpendicolare alla
L’ALA FINITA Resistenza Indotta (VORTEX DRAG)
Si può ridisegnare il vettore portanza perpendicolare alla NUOVA DIREZIONE della velocità. Avremo la nascita di una componente nella stessa direzione p zdella originale direzione della corrente a monte.Tale componente è la resistenza indotta o anche dovuta alla portanza.
Liftα i
Chord line Induced Drag, Di
α
V∞ε
Parallel to
Local flowdirection
ααeff
∞
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 33
Parallel tochord line
![Page 34: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/34.jpg)
Resistenza Indotta (VORTEX DRAG)L’ALA FINITA
llèhèLDindottasistenza ii α= sin : Re
radiantiinLDpiccologenralemteèpoichè
iii
i
ααα
= )( ,
CPer
iii
portanza di ellittica onedistribuzi una )(
ARCL
i πα =
ARLCLDquindi L
ii πα == ,
ARπ
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 34
![Page 35: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/35.jpg)
L’ALA FINITA Resistenza Indotta (VORTEX DRAG)
SCqLe L poichè = ∞
ARSCqD L
i
2
= ∞
CC
AR
L
i π2
ARCoppure L
Di π , =
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 35
![Page 36: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/36.jpg)
Per ali non ellittiche :L’ALA FINITA Resistenza Indotta (VORTEX DRAG)
( )δπ
+= 12
ARCC L
Di πAR
δδ
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 36
![Page 37: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/37.jpg)
L’ALA FINITA
Ridurre la res Indotta:Ridurre la res. Indotta:- Forma in pianta - Wingletg
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 37
![Page 38: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/38.jpg)
Resistenza totale - Total DragL’ALA FINITA
g
L i t t t l h d ti• La resistenza totale ha due componenti– Profile drag (skin friction + pressure)– Induced drag
• In coefficienti:In coefficienti:
AReCcC L
dD +=2
πInducedofileTotal
ARei
+=Prπ
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 38
![Page 39: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/39.jpg)
Total DragL’ALA FINITA
Anche la resistenza parassita varia con la portanza (con l’assetto).Tipicamente è la pressure drag che varia con l’assetto (quindi con il CL)
C T lCD
Induced DragTotal
Pressure Drag
g(VORTEX DRAG)
CSkin Friction Drag
C L
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 39
![Page 40: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/40.jpg)
Total DragL’ALA FINITA
La resistenza complessiva potrà essere scomposta in :La resistenza complessiva potrà essere scomposta in :Resistenza parassita a CL=0Resistenza dovuta al CL (che diremo RESISTENZA DOVUTA ALLA PORTANZA)
LIFT DEPENDENT DRAG
CD Total
LIFT DEPENDENT DRAG
D
Induced Drag (VORTEX)Coeff resist dovuta alla portanza(somma della vortex drag e della
Pressure Drag(somma della vortex drag e della variazione della parassita con l’assetto)
CSkin Friction DragCoeff resist parassita
CL
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 40
![Page 41: CAP 3 – Portanza aerodinamica, profili ed aliwpage.unina.it/fabrnico/DIDATTICA/MVOLO/Pres_Pdf/CAP3_Portanza... · 4 Airbus A320 AR=9.4 5 Concorde AR5 Concorde AR 2=2 Corso di Meccanica](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b7be1077f8b9a28438b5790/html5/thumbnails/41.jpg)
3-D Effects on LiftL’ALA FINITA
Airfoilc l and CL
cl α
C
Wing
C Lα
Wing
α
Notare che la pendenzadella retta di portanza
][1/in con 3.571
°⋅
+=
αα
α
α ll
lL CC
CC
della etta di po ta zadell’ala è inferiore a quelladel profilo.
1⋅
+π AR
Formula approssimata
Corso di Meccanica del Volo - Mod. Prestazioni - Prof. F. Nicolosi 41
pp