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.

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...

Sono richieste conoscenze di carattere matematico (fondamenti di calcolo differenziale e integrale) e fisico (fisica, termodinamica).

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)

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.

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

Modalità di esame: Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;

Esiste il solo esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta di circa 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 in 3 domande a risposta libera, senza l'aiuto di appunti e libri, per una durata di circa 20 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 circa 1 ora e mezza. Ciascuna prova pesa per la metà sulla votazione finale.

Modalità di esame: Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;

Esiste il solo esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta di circa 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 in 3 domande a risposta libera, senza l'aiuto di appunti e libri, per una durata di circa 20 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 circa 1 ora e mezza. Ciascuna prova pesa per la metà sulla votazione finale.