9. Posizionamento delle sonde
L’unico semplice strumento per avere un’indicazione sulla posizione della transizione su di una geometria è l’analogia della lastra piana.
In figura 11.1 si riportano i risultati ottenuti utilizzando tale analogia per una corrente asintotica d’acqua con velocità comprese tra 6 e 12 nodi ( range di velocità entro il quale opera in regata una I.A.C.C.).
Come si può notare, mentre il Reynolds critico si raggiunge subito dopo pochi centimetri dal bordo d’attacco, la transizione vera e propria può avvenire anche oltre un metro.
Qualora i disturbi della corrente asintotica anticipassero la transizione al Reynolds critico, tale fenomeno si manifesterebbe all’inizio del forebody; qualora invece l’effetto del gradiente favorevole di pressione dato dalla geometria del bulbo ritardasse la transizione, questa potrebbe manifestarsi anche ampliamente oltre il metro dal bordo d’attacco.
Fig. 9.1 Transizione sulla lastra piana ad incidenza nulla
Per determinare la posizione della sonda più anteriore si studiato l’effetto che avrebbe la posizione della transizione su una possibile geometria.
In figura 9.2 si riportano i risultati ottenuti con l’analogia della lastra piana su di un ellissoide lungo 5,75 m e di diametro massimo di 0.77 m.
Tale geometria, pur essendo una forma idealizzata è qualitativamente simile a quella di un bulbo e rispetta il vincolo sul volume necessario che deve garantire un peso dell’elemento di circa 20 tonnellate.
Per calcolare il coefficiente d’attrito locale si sono utilizzate le soluzioni dello strato limite laminare e turbolento per la lastra piana ad incidenza nulla. Della forza d’attrito locale, se ne è considerata solo la componente parallela alla corrente asintotica e si è integrata tale forza sulla superficie della geometria.
La transizione è stata valutata come passaggio repentino tra la soluzione laminare e quella turbolento.
Per riportare tutti i risultati in uno stesso grafico sull’asse y si è riportato il rapporto tra il coefficiente d’attrito calcolato per una precisa posizione della transizione rispetto allo stesso coefficiente calcolato nel caso di strato limite turbolento su tutta la superficie.
Fig. 9.2 Effetto della posizione della transizione sulla resistenza d’attrito
Come si può osservare da questa figura, nel caso la transizione si verificasse entro i 40 cm dal bordo anche significative variazioni percentuali sulla posizione della transizione non determinerebbero
forti diminuizioni del coefficiente d’attrito e quindi non risulterebbe essere un parametro fondamentale per il progetto del bulbo.
Per questo si è deciso di posizionare la prima sonda a circa 0.4 m misurati rispetto all’asse longitudinale del bulbo dal bordo d’attacco.
Ipotizzando inoltre un effetto massimo del gradiente di pressione sul ritardo della transizione pari a circa il 100% rispetto al caso della lastra piana si è deciso di posizionare l’ultima sonda a circa 2 m misurati rispetto all’asse longitudinale del bulbo dal bordo d’attacco.
Non volendo inoltre conoscere con esattezza la posizione della transizione bensì qualitativamente la zona nella quale avviene, ed inoltre per limitare la perturbazione dello strato limite dovuta alle sonde stesse ed ai cavi di trasmissione si è deciso di equispaziare tra la prima e l’ultima, altre quattro sonde. La distanza tra una sonda e la successiva risulta quindi essere 32 cm misurati rispetto all’asse longitudinale del bulbo.
Si potrebbe inoltre valutare il posizionamento di una sonda nelle immediate vicinanze del bordo d’attacco per avere un segnale sicuramente laminare con cui confrontare gli altri.
Tale posizione però andrebbe opportunamente studiata per evitare forti disturbi allo strato limite nelle zone di misura.
Per quanto riguarda il posizionamento radiale delle sonde, si noti che il bulbo in una generica condizione operativa risulta in incidenza rispetto alla corrente asintotica; per questo intorno ad esso sono presenti delle componenti tangenziali i velocità (Fig. 9.3).
U
∞Fig. 9.3 Componenti tangenziali di velocità intorno al bulbo
E’ possibile quindi spaziare radialmente le diverse sonde al fine di evitare che quelle anteriori disturbino il flusso su quelle posteriori (Fig. 9.4).
Particolare attenzione deve essere utilizzata anche nel posizionamento dei cavi di trasmissione dei segnali; infatti questi, essendo particolarmente tozzi, se non ben allineati con le linee di corrente, potrebbero perturbare fortemente il flusso alterando la misura.
U
∞Fig. 9.4 Posizionamento delle sonde
Utilizzando sette sonde, il budget per la strumentazione per l’intera campagna di prove ammonterebbe quindi al massimo a 6230 Euro iva esclusa.
