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PORTALE DELLA DIDATTICA

Aerodinamica

02AAFLZ

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 60
Esercitazioni in aula 40
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Arina Renzo - Corso 1 Professore Associato ING-IND/06 60 40 0 0 8
Di Cicca Gaetano Maria - Corso 2 Professore Associato ING-IND/06 60 40 0 0 3
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/06 10 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale
2018/19
L’insegnamento, collocato al terzo anno ed obbligatorio per tutti gli studenti, introduce l'importante soggetto della meccanica dei fluidi di un mezzo incompressibile e le leggi fondamentali che ne descrivono il moto. La sequenza degli argomenti inizia con le definizioni ed i concetti e prosegue con la descrizione della teoria del flusso non viscoso, con enfasi per la teoria dei profili alari e delle ali a bassa velocità. La viscosità è una proprietà fisica fondamentale dell'aria e la sua influenza nel contesto aerodinamico viene di seguito analizzata in dettaglio. Le proprietà dei flussi turbolenti, il concetto di strato limite e le proprietà caratteristiche dei flussi confinati lungo pareti permettono di costruire metodi affidabili per la previsione delle forze indotte dal flusso imputabili alla viscosità, in particolare della resistenza di attrito e, in aerodinamica, della resistenza dei profili alari. Il flusso attorno agli aeroplani è un fenomeno estremamente complesso ed il suo studio richiede ipotesi semplificative, lo scopo del corso è di provvedere una comprensione teorica idonea a permettere di formulare appropriate ipotesi per lo studio di un problema aerodinamico. È noto che il progetto aerodinamico si basa in gran parte sui metodi numerici. Questo fatto si riflette in parte nel corso dove si introducono, ove necessario, le descrizioni e le analisi dei mezzi numerici più importanti. Tuttavia non si intende fornire una descrizione dettagliata delle tecniche numeriche e non è necessaria una preparazione specifica di calcolo numerico per la comprensione degli argomenti del corso. Durante le esercitazioni si introduce l'uso del programma di calcolo scientifico MATLAB.
The course, at the third year and mandatory for all students, introduces the important branch of fluid mechanics of incompressible media and the basic laws describing its characteristic flow behavior. The sequence of subject development commences with definitions and concepts and goes on to cover the incompressible inviscid flow theory, with emphasis on low speed aerofoil and wing theory. Viscosity is a key physical quantity of air and its significance in aerodynamic situations is next considered in depth. The properties of turbulent flows, the concept of the boundary layer and the development of properties of flows when adjacent to solid boundaries, build to a body of reliable methods for estimating the fluid forces due to viscosity and notably of skin friction and, in aerodynamics, of profile drag. The airflow round an aircraft is a phenomenon of high complexity. Its study demands simplifying assumptions, and the aim of the course is to provide a proper theoretical understanding that will permit sensible simplifications to be made when formulating an aerodynamic problem. It is recognized that aerodynamic design makes extensive use of computational aids. This is reflected in part in this course by the introduction, where appropriate, of descriptions and discussions of relevant computational techniques. However, no comprehensive covering of computational methods is intended, and experience in computational techniques is not required for a complete understanding of the topics in this course. During the exercises the use of the scientific software MATLAB is introduced.
Al termine del corso l’allievo dovrà essere in grado di analizzare i problemi aerodinamici tipici del progetto aeronautico. Non si richiedono allo studente capacità operative avanzate nell’utilizzo dei codici di calcolo, bensì, in base alla conoscenza teorica acquisita nell'insegnamento, di poter formulare le appropriate ipotesi per lo studio di un problema aerodinamico e di avere l'abilità di interpretare i risultati forniti dai codici di calcolo. Al termine dell'insegnamento l'allievo dovrà quindi essere in grado di calcolare le distribuzioni di pressioni attorno ad un corpo immerso in una corrente fluida, valutare le forze agenti su di esso, quali la portanza e la resistenza, e di poter descrivere in modo sufficientemente accurato il moto di un fluido attorno ad un corpo di forma complessa, o all'interno di condotti, individuandone le caratteristiche principali quali zone di separazione, regioni di scia, ecc...
At the end of the course the student should be able to analyze the typical aerodynamic problems encountered in the context of the aeronautical design. The student is not requested to develop an advanced skill with computer codes, but, on the basis of the acquired theoretical understanding, to be able to formulate the appropriate simplifications for the study of an aerodynamic problem, and the ability to interpret the numerical results of a computer code. At the end of the course the student will be able to calculate the pressure distribution around a body immersed in a stream, to evaluate the resulting forces, lift and drag, and to accurately describe the fluid flow around a body, or inside a channel, individuating its main features such as separation regions, wakes, etc...
Sono richieste conoscenze di carattere matematico (fondamenti di calcolo differenziale e integrale) e fisico (fisica, termodinamica).
A basic knowledge of mathematics (fundamentals of differential and integral calculus) and physics (physics, thermodynamics) is requested.
PARTE INTRODUTTIVA. Proprietà dei fluidi, definizioni di continuo e fluido ideale. Classificazione dei moti fluidi. Compressibilità e moti incompressibili. Parametri adimensionali. Flussi attorno a corpi affusolati al variare dei parametri del moto. Forze e momenti agenti su profili alari ed ali e relativi coefficienti adimensionali. (3 ore) RICHIAMI DI CALCOLO VETTORIALE ED ANALISI. Campi scalari e vettoriali, Gradiente, divergenza, rotore. Teoremi di Green e Stokes. (3 ore) DESCRIZIONE DEL MOTO FLUIDO. Descrizione lagrangiana ed euleriana. Moti stazionari e non stazionari. Linee di corrente, tubi di flusso. Derivata locale e lagrangiana. (6 ore) EQUAZIONI FONDAMENTALI PER UN FLUIDO INCOMPRESSIBILE. Bilanci di conservazione della massa, della quantità di moto e dell’energia. Relazioni costitutive. Equazioni di Navier-Stokes. Formulazione integrale e differenziale. Equazioni di Eulero. Circuitazione e vorticità. (15 ore) FLUIDO IDEALE, MOTO STAZIONARIO ED IRROTAZIONALE, FLUSSI BIDIMENSIONALI. Funzione di corrente e potenziale. Esempi di campi semplici e composti. Campo di moto attorno a cilindro circolare. Paradosso di D’Alembert e teorema di Kutta-Joukowski. Cenni di teoria delle variabili di funzione complessa e delle trasformazioni conformi. Potenziale complesso e velocità complessa. Teoria delle piccole perturbazioni. (27 ore) FLUIDO IDEALE, MOTO STAZIONARIO ED IRROTAZIONALE, FLUSSI TRIDIMENSIONALI. Sistemi vorticosi, teoremi di Helmholtz, legge di Biot-Savart. Ala finita secondo lo schema di Prandtl. (15 ore) FLUIDO VISCOSO, MOTO STAZIONARIO. Teoria dello strato limite, soluzioni di Blasius e Falkner-Skan. Introduzione alla turbolenza. Equazioni del moto mediate e modelli di chiusura. Metodi integrali per il calcolo dello strato limite turbolento. (31 ore)
INTRODUCTION. Fluid properties, definition of continuum fluid and ideal fluid. Classification of the fluid motion. Compressible and incompressible flows. Non-dimensional parameters. Flow past streamlined bodies and their dependence with respect to the flow parameters. Forces and moments on airfoils and wings. Non-dimensional coefficients (3 hours) FUNDAMENTALS OF VECTOR CALCULUS. Scalar and vector fields. Gradient, divergence, curl. Green and Stokes theorems (3 hours) FLUID FLOW DESCRIPTION. Lagrangian and eulerian description of fluid motion. Stead and unsteady flows. Streamlines, path lines. Local and lagrangian derivatives. (6 hours) FUNDAMENTAL EQUATIONS FOR AN INCOMPRESSIBLE FLUID. Conservation of mass, momentum and energy. Constitutive relations. Navier-Stokes equations. Integral and differential formulations. Euler equations. Circulation and vorticity. (15 hours) IDEAL FLUID, STEADY AND IRROTATIONAL TWO-DIMENSIONAL FLOW. Stream function. Velocity potential. Simple fields and their composition. Flow past a circular cylinder. D'Alembert's paradox. Kutta-Joukowski theorem. Fundamentals of theory of complex variables and conformal transformations. Complex velocity potential. Small perturbation theory (27 hours) IDEAL FLUID, STEADY AND IRROTATIONAL THREE-DIMENSIONAL FLOW. Vortex systems. Helmholtz theorems. Biot-Savart law. Prandtl theory for finite wings (15 hours) VISCOUS FLUID, STEADY FLOW. Boundary-layer theory. Blasius and Falkner-Skan solutions. Introduction to turbulent flows. Averaged equations and closure models. Integral methods for the turbulent boundary-layer computation (31 hours)
Le lezioni di teoria (60 ore) e le esercitazioni (40 ore) sono alternate in modo coordinato. Le esercitazioni in aula vertono su applicazioni della teoria svolta a lezione in forma di esercizi di calcolo. All’allievo vengono presentati problemi atti a sviluppare le capacità di applicare la teoria nel contesto dei problemi aerodinamici e sviluppare le competenze attese. Gli esercizi sono proposti in progressione didattica. Parte dei calcoli svolti durante le esercitazioni saranno eseguiti utilizzando il software MATLAB fornendo le indicazioni necessarie per redigere i relativi programmi di calcolo.
Lectures (60 hours) and exercises (40 hours) are organized in a complementary way. The exercises deal with computational applications of the theory developed during the lectures. Problems are presented to the student to develop the capability of applying the theoretical concepts to practical aerodynamic problems and to develop the expected expertise. The exercises are proposed in didactic progression. Some of the calculations proposed during the exercises will be made using the software MATLAB providing the hints for the development of the scripts.
Lezioni: R. Arina, Fondamenti di Aerodinamica, II° edizione, Levrotto & Bella, 2015. Esercitazioni: R. Arina, S. Scarsoglio, Esercizi di Aerodinamica, Levrotto & Bella. 2016. Per ulteriori approfondimenti: - Houghton E.L., Carpenter P.W, Aerodynamics for Engineering Students, Arnold, London, 5th ed., 2003 - Quarteroni A., Saleri F., Calcolo scientifico - Esercizi e problemi risolti con MATLAB e Octave, IV ed., Springer
Lectures: R. Arina, Fondamenti di Aerodinamica, II° edizione, Levrotto & Bella, 2015. Exercises: R. Arina, S. Scarsoglio, Esercizi di Aerodinamica, Levrotto & Bella. 2016. Further readings: - Houghton E.L., Carpenter P.W, Aerodynamics for Engineering Students, Arnold, London, 5th ed., 2003 - Quarteroni A., Saleri F., Scientific Computing with MATLAB and Octave, IV ed., Springer
Modalità di esame: prova scritta;
Esiste il solo esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta di 2 ore. Al fine di verificare il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento, e quindi l’acquisizione delle conoscenze e capacità di comprensione e delle capacità di applicarle, la verifica si articola in due parti. La prima parte, che tende a verificare l’acquisizione dei fondamenti dell’Aerodinamica, verte sulla teoria svolta a lezione e consiste di 5 quesiti a risposta multipla e 2 domande a risposta libera, senza l'aiuto di appunti e libri, per una durata di 30 minuti. La seconda parte, tende a verificare il livello di apprendimento nel risolvere problemi di interesse aeronautico, e consiste nello svolgimento di alcuni esercizi di calcolo, simili a quelli presentati nelle esercitazioni. Per gli esercizi si chiede di fornire procedimento e risultati numerici. La prova ha una durata di 1 ora e mezza. Ciascuna prova pesa per la metà sulla votazione finale.
Exam: written test;
There is only a final test with the aim to quantify the level of comprehension and the expected learning outcome. The test lasts 2 hours and it is a written test. To better verify the level of comprehension and the ability in their application the test is divided in two parts. The first part, aiming to verify the level of comprehension of the theory, consist into 5 questions, with multiple answers, and two questions with free answer. This part lasts 30 minutes. The second part, with the aim to verify the ability to solve problems of aeronautical interest, consists in the solution of some exercises similar to the problems presented during exercises. For each problem it is requested to provide the solution procedure and the numerical result. This part lasts 1 hour and half. Each part weights for half the final score.


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