5 – Visualizzazioni laser
5.1 Modalità delle prove
Lo scopo delle visualizzazioni con il laser consiste nella possibilità di valutare, a livello qualitativo, la morfologia e la dinamica del Tip Vortex, nelle varie configurazioni di incidenza dell’ala e velocità del flusso di galleria, così da favorire la scelta delle condizioni in cui effettuare le prove. L’ulteriore fine di queste prove risiede nella possibilità di valutare il livello di intrusività della sonda da utilizzare durante le acquisizioni.
Le visualizzazioni sono state effettuate con un laser a ioni (Ion Laser), reperito presso la Low Speed Division del Defencetek, il cui raggio ha una potenza nominale massima di 8 W. Al fine di poter utilizzare questo tipo di laser, si è dovuta creare una lama luminosa facendo incidere il raggio laser, proveniente dallo strumento, su una lente cilindrica, disposta in modo che il suo asse longitudinale fosse perpendicolare al raggio su di essa incidente. Evidentemente, così facendo, l’energia contenuta nella lama non poteva essere costante, ma mostrava una andamento di tipo parabolico, il cui picco si trovava in corrispondenza del punto di incidenza del raggio sulla lente (vedi figura 5.1).
Figura 5.1 – Schema qualitativo della distribuzione d’energia nella lama laser
La strumentazione laser è stata collocata su un sistema di movimentazione che ne permetteva gli spostamenti secondo le tre direzioni X, Y e Z; per avere la massima visibilità del vortice, si è regolata l’altezza da terra del laser in modo che la posizione del fascio luminoso fosse in corrispondenza del nucleo del vortice.
Le visualizzazioni sono state eseguite facendo avanzare il sistema di movimentazione nel verso positivo dell’asse X (verso valle), mentre nel flusso veniva iniettato del fumo di colore bianco; tali visualizzazioni sono state memorizzate attraverso una macchina fotografica digitale da 5 megapixel.
Nell’eseguire un analisi qualitativa delle immagini raccolte, bisogna tenere conto del fatto che, a causa dell’ingombro della strumentazione laser e della sua disposizione obbligata in galleria, la lama poteva essere traslata in un intervallo di circa 50 cm ed inoltre non era possibile coprire le corde comprese nell’intervallo x/c = (1.50 – 4.50). In seguito a tali limitazioni, si è scelto di dividere le visualizzazioni in due fasi:
Laser
Lente cilindrica
Raggio Lama Laser
distribuzione di energia nella lama
1. Zona I 0.02 < x/c < 1.50 2. Zona II 4.50 < x/c < 6.50
Si deve osservare che, per ottenere una buona qualità delle immagini, la posizione della macchina fotografica, tra la prima e la seconda fase, è stata variata di 70 cm nel verso delle X positive; tali posizioni sono indicate con 1 (posizione al centro della camera di prova) e 2 (posizione all’imbocco del divergente). Nella tabella 5.1 è riportato il test-matrix delle visualizzazioni con lama laser.
N° Velocità [m/s] Incidenza [gradi] x/c Posizione Fotocamera V 01 5 2 0.02 1 V 02 5 2 0.18 1 V 03 5 2 0.66 1 V 04 5 2 1.00 1 V 05 5 2 1.50 1 V 06 5 8 0.02 1 V 07 5 8 0.18 1 V 08 5 8 0.66 1 V 09 5 8 1.00 1 V 10 5 8 1.50 1 V 11 5 12 0.02 1 V 12 5 12 0.18 1 V 13 5 12 0.66 1 V 14 5 12 1.00 1 V 15 10 2 0.02 1 V 16 10 2 0.18 1 V 17 10 2 0.66 1 V 18 10 2 1.00 1 V 19 10 2 1.50 1 V 20 10 8 0.02 1 V 21 10 8 0.18 1 V 22 10 8 0.66 1 V 23 10 8 1.00 1 V 24 10 8 1.50 1 V 25 10 12 0.02 1 V 26 10 12 0.18 1 V 27 10 12 0.66 1 V 28 10 12 1.00 1 V 29 15 2 0.02 1
V 30 15 2 0.18 1 V 31 15 2 0.66 1 V 32 15 2 1.00 1 V 33 15 2 1.50 1 V 34 15 8 0.02 1 V 35 15 8 0.18 1 V 36 15 8 0.66 1 V 37 15 8 1.00 1 V 38 15 8 1.50 1 V 39 15 12 0.02 1 V 40 15 12 0.18 1 V 41 15 12 0.66 1 V 42 15 12 1.00 1 V 43 5 2 4.50 2 V 44 5 2 5.00 2 V 45 5 2 6.00 2 V 46 5 2 6.50 2 V 47 5 8 4.50 2 V 48 5 8 5.00 2 V 49 5 8 6.00 2 V 50 5 8 6.50 2 V 51 5 12 4.50 2 V 52 5 12 5.00 2 V 53 5 12 6.00 2 V 54 5 12 6.50 2 V 55 10 2 4.50 2 V 56 10 2 5.00 2 V 57 10 2 6.00 2 V 58 10 2 6.50 2 V 59 10 8 4.50 2 V 60 10 8 5.00 2 V 61 10 8 6.00 2 V 62 10 8 6.50 2 V 63 10 12 4.50 2 V 64 10 12 5.00 2 V 65 10 12 6.00 2 V 66 10 12 6.50 2
Tabella 5.1 – Test Matrix delle visualizzazioni
Non è stato possibile effettuare le visualizzazioni nella zona II alla velocità di 15 m/s, a causa dell’impossibilità di fissare la macchina fotografica digitale, in tale posizione, a questa velocità del flusso.
Si sono eseguite inoltre, delle battute in incidenza alle velocità di 5, 10 e 15 m/s alla x/c = 0.66, facendo variare l’incidenza dell’ala da 0° a 16° con passo 2°; delle altre battute in incidenza sono state realizzate alle velocità di 5 e 10 m/s alla x/c = 5.00, facendo variare l’incidenza come appena descritto. I test-matrix di queste visualizzazioni sono riportati nelle tabelle 5.2 e 5.3.
N° Velocità [m/s] Incidenza [gradi] x/c Fotocamera Posizione
V.I.N. 01 5 0 0.66 1 V.I.N. 02 5 2 0.66 1 V.I.N. 03 5 4 0.66 1 V.I.N. 04 5 6 0.66 1 V.I.N. 05 5 8 0.66 1 V.I.N. 06 5 10 0.66 1 V.I.N. 07 5 12 0.66 1 V.I.N. 08 5 14 0.66 1 V.I.N. 09 5 16 0.66 1 V.I.N. 10 10 0 0.66 1 V.I.N. 11 10 2 0.66 1 V.I.N. 12 10 4 0.66 1 V.I.N. 13 10 6 0.66 1 V.I.N. 14 10 8 0.66 1 V.I.N. 15 10 10 0.66 1 V.I.N. 16 10 12 0.66 1 V.I.N. 17 10 14 0.66 1 V.I.N. 18 10 16 0.66 1 V.I.N. 19 15 0 0.66 1 V.I.N. 20 15 2 0.66 1 V.I.N. 21 15 4 0.66 1 V.I.N. 22 15 6 0.66 1 V.I.N. 23 15 8 0.66 1 V.I.N. 24 15 10 0.66 1 V.I.N. 25 15 12 0.66 1 V.I.N. 26 15 14 0.66 1 V.I.N. 27 15 16 0.66 1
N° Velocità [m/s] Incidenza [gradi] x/c Fotocamera Posizione V.I.F. 01 5 0 5.00 2 V.I.F. 02 5 2 5.00 2 V.I.F. 03 5 4 5.00 2 V.I.F. 04 5 6 5.00 2 V.I.F. 05 5 8 5.00 2 V.I.F. 06 5 10 5.00 2 V.I.F. 07 5 12 5.00 2 V.I.F. 08 5 14 5.00 2 V.I.F. 09 5 16 5.00 2 V.I.F. 10 10 0 5.00 2 V.I.F. 11 10 2 5.00 2 V.I.F. 12 10 4 5.00 2 V.I.F. 13 10 6 5.00 2 V.I.F. 14 10 8 5.00 2 V.I.F. 15 10 10 5.00 2 V.I.F. 16 10 12 5.00 2 V.I.F. 17 10 14 5.00 2 V.I.F. 18 10 16 5.00 2
Tabella 5.3 – Test Matrix delle visualizzazioni in incidenza zona II
Infine è stato realizzato un video VHS, successivamente trasformato in formato digitale (vedi il DVD n° 3 allegato al presente lavoro di Tesi), con la telecamera fissata nella posizione 1 e facendo procedere la lama laser verso valle; tale video è stato realizzato nell’intenzione di voler osservare sia l’evoluzione del fenomeno del wandering sia l’eventuale interferenza col vortice causata dalla presenza della sonda a cinque fori.
Di tutte le visualizzazioni, riassunte nelle tabelle 5.1, 5.2 e 5.3, si riportano alcune immagini dalle quali si può osservare il cambiamento di dimensione e di posizione del Tip Vortex alle varie condizioni.
Nelle figure 5.2 – 5.6 si illustra il vortice generato dall’ala posta ad un’incidenza di 8° con il flusso alla velocità di 10 m/s ed alle x/c da 0.02 a 1.50.
Figura 5.2 – U∞=10 m/s α=8° x/c=0.02
Figura 5.3 – U∞=10 m/s α=8° x/c=0.18
Figura 5.5 – U∞=10 m/s α=8° x/c=1.00
Figura 5.6 – U∞=10 m/s α=8° x/c=1.50
Dalle figure precedenti (figure 5.2 – 5.6), si osserva l’aumento di dimensioni del vortice dovuto al fenomeno del roll-up dello stesso.
Nelle figure 5.7 – 5.14 si illustra il Tip Vortex al variare dell’incidenza dell’ala da 2° a 16°, con il flusso alla velocità di 10 m/s ed alla x/c = 0.66.
Figura 5.7 – U∞=15 m/s x/c=0.66 α=2°
Figura 5.8 – U∞=15 m/s x/c=0.66 α=4°
Figura 5.10 – U∞=15 m/s x/c=0.66 α=8°
Figura 5.13 – U∞=15 m/s x/c=0.66 α=14°
Figura 5.14 – U∞=15 m/s x/c=0.66 α=16°
Dalle figure 5.7 – 5.14, si può notare un lieve incremento delle dimensioni del vortice all’aumentare dell’incidenza dell’ala; questo conferma il fatto che l’aumento d’incidenza provoca esclusivamente un incremento dell’energia cinetica del vortice.
A titolo puramente illustrativo, nella figura 5.15, è rappresentato il vortice di estremità dell’ala quando sul tip di questa è stata montata una winglet di forma triangolare.
Figura 5.15 – U∞=10 m/s α=8° x/c=1.00 con winglet
Nota: La raccolta completa di tutte le immagini relative a questo capitolo sono riportate nel DVD
