Aerodinamica - 4° edizione - non disponibile

Collana Manuali 2 Febbraio 2010 - edizione 4 - vol. 1 304 pp. - Formato 16x23 Lingua: italiano
Questo testo è rivolto agli studenti del secondo anno del Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale (Nuovo Ordinamento). I capitoli iniziali del libro descrivono alcuni aspetti teorici generali della fluidodinamica fino alla definizione delle equazioni per lo studio del moto di un fluido newtoniano. Il capitolo 4 e’ dedicato ai moti irrotazionali mentre i successivi 5 e 6 descrivono rispettivamente l’applicazione della teoria potenziale al flusso intorno ad un profilo alare sottile e ad un’ala finita. Il capitolo 7 illustra alcuni aspetti di base della teoria dello strato limite. Gli ultimi tre capitoli sono invece dedicati allo studio dei flussi comprimibili e ne illustrano elementi fondamentali come l’onda d’urto, il moto all’interno di ugelli oppure intorno a profili alari. Al termine di ciascun capitolo sono proposti alcuni esercizi per la verifica dell’apprendimento degli argomenti trattati.
PROPRIET`A DEI FLUIDI 1 1.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Densit`a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3 Pressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4 Equazione di stato dei gas perfetti . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.5 Calori specifici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.5.1 Gas perfetto monoatomico . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.5.2 Gas perfetto biatomico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.6 Comprimibilit`a dei fluidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.7 Viscosit`a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.8 Esercizi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2 CINEMATICA 17 2.1 Il campo di velocit`a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.2 Descrizione del moto euleriana e lagrangiana . . . . . . . . . 19 2.3 Derivata materiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.3.1 Effetti non stazionari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3.2 Effetto della convezione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.4 Moti mono-, bi-, tri-dimensionali . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.5 Traiettorie, linee di corrente, linee di fumo . . . . . . . . . . . . 25 2.6 Il campo di accelerazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.7 Cinematica di una particella di fluido . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.7.1 Moto lineare e deformazione . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.7.2 Moto angolare e deformazione . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.8 Volume di controllo e sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.9 Il teorema del trasporto di Reynolds . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.10 Esercizi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 I 3 LE EQUAZIONI DELLA FLUIDODINAMICA IN FORMA INTEGRALE ED IN FORMA DIFFERENZIALE 41 3.1 Equazione di conservazione della massa . . . . . . . . . . . . . 43 3.1.1 Equazione di conservazione della massa in forma integrale 43 3.1.2 Equazione di conservazione della massa in forma differenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.2 La seconda legge di Newton. Equazione di bilancio di quantit`a di moto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.1 Equazione di bilancio di quantit`a di moto in forma differenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.2.2 Relazione tra tensioni e velocit`a di deformazione . . . . 51 3.2.3 Le equazioni di Navier-Stokes . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.3 Equazioni del moto per fluidi non viscosi: equazioni di Eulero 54 3.4 Distribuzione idrostatica della pressione. Pressione modificata . 55 3.5 Equazione di conservazione dell'energia . . . . . . . . . . . . . 57 3.6 Schema riassuntivo delle equazioni della fluidodinamica . . . . 62 3.6.1 Fluido viscoso comprimibile . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.6.2 Fluido viscoso incomprimibile . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.6.3 Fluido ideale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.6.4 Condizioni iniziali ed al contorno . . . . . . . . . . . . . 63 3.7 Equazioni del moto in forma adimensionale . . . . . . . . . . . 63 3.8 Esercizi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4 MOTO DI UN FLUIDO IDEALE INCOMPRIMIBILE 71 4.1 L'equazione di Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.2 Moto irrotazionale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.2.1 L'equazione di Bernoulli per moti irrotazionali . . . . . 74 4.3 Pressione statica, pressione di ristagno, pressione dinamica . . . 75 4.4 Tubo di Pitot e tubo Venturi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.5 Moti piani irrotazionali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.5.1 Il potenziale della velocit`a . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.5.2 La funzione di corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.6 Principali tipi di moti a potenziale . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4.6.1 Moto uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4.6.2 Sorgente e pozzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.6.3 Vortice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 4.6.4 Doppietta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.7 Sovrapposizione di flussi a potenziale . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.7.1 Sorgente in corrente uniforme . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.7.2 Flusso potenziale intorno ad un cilindro circolare . . . . 97 II 4.7.3 Cilindro con circolazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 4.8 Valutazione della resistenza aerodinamica per un fluido reale . 104 4.9 Esercizi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5 FLUSSO INCOMPRIMIBILE INTORNO AD UN PROFILO ALARE 115 5.1 Flusso a potenziale intorno ad un profilo alare: ipotesi di Kutta 117 5.2 Il teorema di Kelvin ed il vortice di avviamento . . . . . . . . . 119 5.3 Il foglio vorticoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 5.4 La condizione di Kutta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 5.5 Teoria di Glauert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 5.5.1 Teoria di Glauert per profili simmetrici . . . . . . . . . 134 5.5.2 Teoria di Glauert per profili con inarcamento . . . . . . 138 5.6 Stallo ed ipersostentatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 5.6.1 Ipersostentatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 5.7 Esercizi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 6 FLUSSO INCOMPRIMIBILE INTORNO AD UN'ALA FI- NITA 157 6.1 Sistema di vortici per l'ala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 6.2 Velocit`a indotta ed incidenza indotta . . . . . . . . . . . . . . . 161 6.3 Teoria della linea portante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 6.4 Soluzione dell'equazione del monoplano . . . . . . . . . . . . . 175 6.5 Commenti sulle principali differenze tra profilo ed ala finita . . 175 6.6 Esercizi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 7 LO STRATO LIMITE 183 7.1 Caratteristiche del flusso intorno ad un corpo . . . . . . . . . . 183 7.2 Strato limite su una lastra piana . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 7.3 Approssimazione delle equazioni del moto nello strato limite . . 189 7.4 Spessore dello strato limite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 7.5 Resistenza della lastra piana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 7.6 Transizione da moto laminare a moto turbolento . . . . . . . . 199 7.7 Strato limite turbolento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 7.8 Separazione dello strato limite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 7.9 Esercizi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 8 EFFETTI PRINCIPALI DELLA COMPRIMIBILIT`A 207 8.1 Velocit`a del suono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 8.2 Numero di Mach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 III 8.3 Propagazione dei disturbi in flussi subsonici e supersonici . . . 215 8.4 Onde d'urto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 9 FLUSSI QUASI-UNIDIMENSIONALI STAZIONARI 223 9.1 Equazioni del moto per flussi quasi-unidimensionali stazionari 224 9.2 Grandezze di ristagno, critiche e limite . . . . . . . . . . . . . . 225 9.3 Flussi quasi-unidimensionali, stazionari, omentropici . . . . . . 229 9.4 Funzionamento degli ugelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 9.5 Onda d'urto normale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 9.6 Gallerie supersoniche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 9.7 Esercizi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 10 FLUSSI BIDIMENSIONALI STAZIONARI CON PICCOLE PERTURBAZIONI 249 10.1 Effetti della comprimibilit`a per profili subsonici . . . . . . . . . 252 10.2 Equazione delle onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 10.3 Profili alari supersonici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 10.4 Forma ottimale dei profili supersonici . . . . . . . . . . . . . . . 264 10.5 Flusso supersonico intorno ad una parete . . . . . . . . . . . . 266 10.6 Urto obliquo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 10.7 Esercizi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 A Tabelle dei flussi comprimibili 274 Bibliografia 291 Indice analitico 293