Ingegneria aeronautica - Aeronautical engineering

Programma sintetico Equazioni di conservazione, relazioni di salto: discontinuità di contatto e urti. Flussi bidimensionali stazionari: equazione del potenziale, criteri di similitudine. Teoria delle caratteristiche, sistemi riducibili, invarianti di Riemann. Flussi piani supersonici, flussi di Prandtl- Meyer, urti obliqui, polare dell’urto. Riflessione e interazione e di onde, problema di Riemann, profili alari supersonici. Urti staccati, teoria Newtoniana, interazione urto- strato limite. Flussi supersonici su corpi assial-simmetrici. Ali supersoniche a delta ed a freccia. Flussi transonici su profili ed in ugelli. Strato limite termico, accoppiamento tra campo cinematico e termico. Flussi turbolenti, RANSE, teoria della lunghezza di mescolamento. Flussi 1D non stazionari, interazione e riflessione di onde, problema di Riemann. Avviamento delle prese d’aria supersoniche. Flussi quasi- 1D non stazionari Programma dettagliato delle lezioni e delle esercitazioni Lezione 1 Introduzione al Corso di Gasdinamica Lezione 2 Equazioni del moto di un flusso comprimibile: Formulazione integrale, equazioni differenziali in forma di divergenza e quasi-lineari Lezione 3 Soluzioni di Eulero e soluzioni asintotiche di N-S. Soluzioni classiche e soluzioni deboli. Discretizzazione ai volumi finiti Lezione 4 Relazioni di salto per le onde d'urto e per le discontinuta' di contatto Lezione 5 Teorema di Crocco. Equazioni del potenziale di un flusso comprimibile Lezione 6 Similitudini subsonica, supersonica e transonica. Lezione 7 Teoria delle caratteristiche: Equazioni delle caratteristiche e equazioni di compatibilita' Lezione 8 Sistemi riducibili e loro proprieta'. Invarianti di Riemann, soluzioni zero, una e due famiglie Lezione 9 Applicazione della teoria delle caratteristiche ai flusso supersonici omentropici bidimensionali: calcolo delle equazioni delle caratteristiche e degli invarianti di Riemann Lezione 10 Espansione di Prandlt-Mayer, Riflessione di una espazione su di una parete. Lezione 11 Progetto del divergente di un ugello, Ugelli di minima lunghezza, getto sotto-espanso. Lezione 12 urti obliqui, urto forte e urto debole, polare dell'urto Lezione 13 Riflessioni di obliqui urti di pareti (riflessione regolare e riflessione di Mach), Interazione di urti della stessa famiglia e di famiglia opposta, getti sovraespansi Lezione 14 Urti staccati, flussi attorno a profili supersonici, resistenza d'onda, teoria urto-espansione (teoria esatta). Lezione 15: Teoria del secondo ordine, urto normale non stazionario su rampe con angolo positivo e negativo, scie supersoniche. Lezione 16: Teoria newtoniana, interazioni urto-strato limite. Lezione 17: Flussi supersonici su corpi assialsimmetrici, Flussi assialsimmetrici in piccole perturbazioni, flusso su cono Lezione 18: flusso assial-simmetrico su corpo di assial-simmetrici di forma assegnata. Urto conico, equazioni di Taylor-Maccoll, Mela di Busemann Lezione 19: Flussi transonici, Equazione di tricomi, questione transonica. Lezione 20: flusso transonico su un profilo, effetti della interazione urto-stato limite nel comportamento dei coeff. aerodinamici. effetto della freccia dell'ala. Lezione 21 Ali supersoniche. Ali a freccia fissa e variabile. Lezione 22: Metodo delle sorgenti supersoniche. Ala triangolare a pendenza costante. Lezione 23: Ala a delta, Piante alari. Lezione 24 Integrazione Ala + Fusoliera per velivolo transonico e supersonico. Legge di Whitecomb Lezione 25 Flussi unidimensionali omentropici: equazioni per flussi con piccole perturbazioni. Lezione 26 Flussi unidimensionali omentropici: equazioni non-lineari. Invarianti di Riemann e linee caratteristiche Lezione 27: Flussi unidimensionali non stazionari: soluzioni con onde d'urto, interazioni tra onde d'urto Lezione 28: il problema di Rienmann Lezione 29: Flussi quasi-1D non stazionari: propagazione di Onde in condotti con variazioni di Area. Lezione 30: Metodi numerici upwind e metodi shock-fitting Lezione 31: Metodi shock-capturing e confronto con metodi shock-fitting. Flussi quasi-1D quasi-stazionari: avviamente delle prese d'aria. Lezione 32: Analogia idraulica e Visione e commento dei film "Waves in fluids" e "Channel flow of a Compressibile Fluid" Lezione 33: flussi viscosi in differenti regimi: convezione naturale, flussi a bassa velocita', a velocita' intermedia ed ad alta velocita', Strato limite termico e cinematico, significato del numero di Prandtl Lezione 34: Strato limite compressibile: analogia di Reynolds. Riscaldamento aerodinamico Lezione 35: Introduzione ai flussi turbolenti, Equazioni RANS Lezione 36: Flussi turbolenti: Teoria della lunghezza di mescolamento, strato limite turbolento, leggi universali dello strato limite Esercitazione 1 Flussi quasi-1D e propagazione acustica di disturbi. Esercitazione 2 Similitudine, applicazione delle teoria delle caratteristiche e delle relazioni del salto. equazione del traffico. Esercitazione 3 Flussi supersonici in piccole perturbazioni teoria di Ackeret. Esercitazione 4 Calcolo di flussi supersonici con espansioni ed urti obliqui Esercitazione n. 5 Calcolo di problemi di Riemann bidimensionali ed di altri problemi con algoritmi iterativi Esercitazione 6: Calcolo coefficienti aerodinamici profilo con teoria urto-espansione, teoria del primo e secondo ordine, Teoria newtoniana, transizione riflessione di Mach e Riflessione regolare. Esercitazione 7: Flussi su Coni, Teoria di Sauer. Esercitazione 8: Ali a delta Esercitazione 9: flussi unidimensionali in piccole perturbazioni. Esercitazione 10: flussi unidimensionali non stazionari, problema di Riemann con variazione d'area Esercitazione 11: Flussi unidimensionali non stazionari: problema di Riemann con variazione d'area. Prese d'aria supersoniche Esercitazione 12: Strato limite compressibile.

Conoscenze di base della dinamica dei flussi incompressibili e dell'aerodinamica. Le equazioni di un flusso euleriano e di un flusso viscoso in forma integrale e in forma differenziale. Le equazioni adimensionali, i principali numeri adimensionali (Ma, Re, Pr), le similitudini. Lo strato limite laminare, le equazioni semplificate delle strato limite incompressibile. Flussi irrotazionali: Il potenziale della velocita' e l'equazione del potenziale per flussi incompressibili, Flussi incompressibili su profili e ali finite. Il comportamento aerodinamico di un profilo e di un'ala finita in una corrente incompressibile. il coefficiente di pressione e coefficienti aerodinamici. Conoscenze di base dei flussi compressibili: la velocita' del suono, i differenti regimi di flusso (subsonico, transonico e supersonico), le onde d'urto normali. Flussi quasi-1D compressibili isentropici, legge delle aree, flussi in condotti convergenti e/o divergenti.

Filippo Sabetta "Gasdinamica" Casa Editrice Università LA SAPIENZA, 2009 Renato Paciorri "Esercizi di Gasdinamica" Edizioni Efesto, 2021

Il corso sarà svolto in presenza se le condizioni lo permetteranno, ma in ogni caso gli studenti potranno seguire il corso anche a distanza sia in modalità sincrona che asincrona (tramite la registrazione video delle lezioni).

La frequenza del corso non e' obbligatoria anche se fortemente raccomandata

La prova scritta che dura due ore consiste nella soluzione di 2-3 problemi di calcolo pratici. La prova orale consiste in domande di tipo teorico ed dura generalmente almeno 30-40 minuti. Il voto finale e' la media dei voti della prova scritta e della prova orale.

Il corso e' svolto in presenza e si compone di lezioni ed esercitazioni svolte dal docente. Le lezioni e le esercitazioni sono registrate e messe a disposizione degli studenti insieme ad altro materiale didattico sul gruppo Teams che viene attivato all'inizio a.a. Ogni settimana si svolgono tre lezioni ed una esercitazione. La tipica lezione prevedere, i) un richiamo sintetico della lezione precedente con riassunti che vengono messi a disposizione nel materiale didattico, ii) la spiegazione dei nuovi argomenti con una pausa di 10-15 min. al termine della prima ora e, infine, iii) al termine della lezione e' mostrato il materiale fotografico e/o video relativo ai temi della lezione. La tipica esercitazione prevede lo svolgimento di esercizi di esame sia da parte del docente e sia da parte di piccoli gruppi di studenti selezionati dal docente nella esercitazione precedente. In particolare all'inizio dell'esercitazione gli studenti selezionati nella esercitazione precedente svolgono gli esercizi assegnati, successivamente il docente presenta gli esercizi dell'esercitazione ne svolge alcuni e poi assegna a gruppi di studenti gli altri esercizi che saranno presentati nell'esercitazione successiva.