L'insegnamento è indirizzato alla comprensione di campi di moto gasdinamici di interesse aerospaziale, al fine di interpretare le diverse fenomenologie e di assimilare gli strumenti di base per la soluzione di problemi aerogasdinamici. Si considerano problemi di flussi esterni con riferimento gli aspetti aerodinamici di un corpo in volo, con particolare riguardo al regime in cui la compressibilità presenta un ruolo importante (regimi alto subsonico, transonico e supersonico) e problemi di flussi interni inerenti agli aspetti propulsivi. Sono anche forniti cenni sulla fenomenologia di un flusso ipersonico relativamente alle problematiche legate alla fase di rientro in atmosfera di una navetta spaziale. Nella prima parte del corso viene trattato il flusso inviscido e si presenta il quadro delle equazioni di governo di tali flussi. Vengono quindi esaminati i flussi canonici di riferimento utili per lo studio dei flussi attorno a profili alari, ali e corpi di rivoluzione immersi in un flusso ad alta velocità. Nella seconda parte del corso vengono introdotti gli effetti della viscosità e della conducibilità dei gas sulle fenomenologie aerogasdinamiche, vengono pertanto ricavate le equazioni di governo e sono specializzate per lo strato limite. In particolare viene esaminato il campo di moto accoppiato cinematico e termico che si genera nello strato limite per effetto dell'alta velocità e della condizione termica della parete lambita. Infine si presenta la fenomenologia di base dei flussi ipersonici con particolare riguardo ai processi chimici che prendono corpo a valle di urti e nello strato limite.

Il corso è indirizzato allo sviluppo negli studenti delle capacità di interpretare e comprendere gli aspetti fondamentali che caratterizzano i processi aerogasdinamici nel campo aerospaziale. Saranno potenziate anche le capacità di analisi quantitative attraverso l'acquisizione di strumenti di base per la soluzione di problemi tipici dei flussi caratterizzati da alta velocità. Sarà infine fornita seppure in modo limitata un’attività a carattere sperimentale a supporto di alcuni argomenti trattati a lezione.

Conoscenza dei contenuti del corso di Termodinamica e di Aerodinamica.

Concetti introduttivi. Richiami della teoria cinetica dei gas. Richiami di concetti di termodinamica. Proprietà di trasporto dei fluidi: viscosità, conducibilità e diffusività. Concetto di compressibilità e condizione di compressibilità. Forze agenti su un corpo lambito da una corrente
Flusso inviscido. Forma integrale delle leggi di conservazione. Forma differenziale delle equazioni. Equazione del potenziale. Teorema di Crocco. Flusso uni-dimensionale. Velocità del suono e numero di Mach. Relazioni dell'urto retto. Propagazione di onde d'urto. Flusso di Rayleigh. Flusso di Fanno. Onde oblique in flussi supersonici. Linee di Mach. Metodo delle caratteristiche. Epicicloide. Espansione di Prandtl-Meyer. Onda d'urto obliqua. Polare dell'urto. Diagramma pressione-deflessione. Riflessione e intersezione di urti obliqui. Urti staccati dal corpo tozzo. Riflessione di onde di espansione. Interazione urto-espansione. Flusso quasi-unidimensionale. Flussi in ugelli e diffusori. Flusso in una galleria del vento supersonica. Moto non stazionario di un'onda. Onde d’urto normali in movimento. Tubo d'urto. Equazione linearizzata del potenziale. Flusso subsonico linearizzato. Flusso supersonico linearizzato. Numero di Mach critico. Profili sottili in flussi supersonici. Flusso transonico. Corpo di minima resistenza d'onda. Regola delle aree.
Caratteristiche aerodinamiche di profili alari e di ali in flussi compressibili. Flusso su cunei bidimensionali, su coni e su corpi di rivoluzione allungati. Effetti della viscosità e della conducibilità. Equazioni di governo. Equazioni per lo strato limite termico. Flusso di Couette termico. Soluzioni dell'equazione dell'energia. Analogie di Reynolds. Strato limite termico turbolento. Correzione del coefficiente di attrito per effetto della compressibilità e della temperatura di parete. Flussi di calore su bordi di attacco cilindrici e sferici. Flussi ipersonici: aspetti fisici e cenni della teoria "Newtoniana". Equilibrio chimico per una miscela di gas ad alta temperatura. Processi chimici a valle dell'urto retto e nello strato limite.

A lato della presentazione degli argomenti trattati nel corso, sono sviluppate in aula semplici valutazioni quantitative. Sono svolte anche esercitazioni in laboratorio inerenti allo studio del flusso attorno ad un profilo alare, allo studio del flusso in una tavola ad acqua e allo studio del flusso attorno a corpi semplici in una piccola galleria supersonica.
Si richiede allo studente una relazione scritta che verrà discussa in sede di esame.

Elements of Gasdynamics H.W. Liepmann & A. Roshko ( J.Wiley & Sons )
Viscous Fluid Flow F.M. White ( McGraw Hill )
Modern Compressible Flow J.D. Anderson ( McGraw Hill )
Gasdinamica. Problemi risolti e richiami di teoria G. Iuso - F.Quori ( Levrotto- Bella ) A supporto del corso di Gasdinamica del vecchio ordinamento.

L'esame si svolge in forma scritta con domande che richiedono risposte semplici e risposte estese, oltre allo svolgimento di esercizi.