Il principio fisico - STEP #04

 Il principio fisico che permette l'utilizzo delle gallerie del vento a fini sperimentali è il principio di reciprocità, che ci permette di studiare le azioni aerodinamiche di un un corpo fermo investito da una corrente di velocità V come se fosse il corpo a muoversi a velocità V in atmosfera in quiete. 
Una necessità sperimentale è quella di determinare i coefficienti aerodinamici tramite velivoli in scala e ciò si può fare solo tramite apposite grandezze adimensionali, che ci permettono di determinare la similitudine tra sistemi fisici. Queste sono:
  • Numero di Reynolds: 
  • Numero di Mach:
  • Numero di Froude:           
                                                                     
Esistono diversi tipi di gallerie del vento, classificate in base al campo di velocità, al tipo di funzionamento, al tipo di costruzione e all'utilizzo.
Nelle gallerie subsoniche la corrente ha una velocità tale che non superi 0,75 Ma, il che significa che trascuriamo gli effetti di comprimibilità ed è valido il principio di continuità di Bernoulli:
La galleria del vento sfrutta inoltre le variazioni di velocità della corrente alla variazione della sezione del condotto. In un primo tratto si ha infatti un condotto convergente per accelerare il flusso d'aria, nel mezzo si ha la camera di prova a sezione costante, infine c'è il diffusore per decelerare il flusso. Questa configurazione convergente-divergente consente un notevole risparmio energetico rispetto ad un condotto a sezione costante.
Nelle gallerie transoniche la velocità della corrente va da 0,75 a 1,2 Ma, si può, quindi, avere la formazione di onde d'urto e per questo si usano delle pareti perforate. Questo tipo di gallerie necessitano di potenze molto elevate.
Infine si hanno le gallerie supersoniche con correnti aventi velocità superiori a 1,2 Ma (fino a 5 Ma). La similitudine con il caso reale si ha, in questo caso, mantenendo uguale il numero di Mach fra caso reale e simulazione. Inoltre, il fluido deve necessariamente essere considerato incomprimibile e le tre relazioni fondamentali per lo studio di questo caso sono:
  • Velocità del suono:
  • Teorema di Bernoulli generalizzato:
  • Principio di continuità:
Da queste tre relazioni troviamo il Teorema di Hugoniot per lo studio delle variazioni del flusso in base alla sezione del condotto e alla velocità:

Concludiamo dicendo che le gallerie del vento, indipendentemente dalla velocità della corrente, possono essere a ciclo chiuso (con riciclo continuo dell'aria) o a ciclo aperto (l'aria entra ed esce una volta investito il provino).


FONTI:
- https://it.wikipedia.org/wiki/Galleria_del_vento
- http://www2.malignani.ud.it/WebEnis/aer/Portfolio/Gallerie_del_vento.pdf
- http://www.e-ser.eu/Aeronautica/sta108.htm

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