Si sperimenta l’effetto del soffiaggio da un’area di sbocco centrata sulla base. I parametri determinanti nello studio effettuato sono:

Soffiaggio centrale

4.1 Procedura

Si sperimenta l’effetto del soffiaggio da un’area di sbocco centrata sulla base. I parametri determinanti nello studio effettuato sono:

Posizione Lo sbocco ` e nella zona di recupero di pressione centrale, dove il vettore velocit` a, a poca distanza dalla superficie della base, ha verso opposto alla corrente libera;

Forma Rettangolare con vertici non arrotondati. La larghezza rimane costante al

variare di A

mentre l’altezza permette di variare la superficie;

Superficie Vengono usate estensioni diverse delle aree di uscita;

Velocit` a Viene simulato un profilo di velocit` a costante sull’area di sbocco con direzione longitudinale;

Portata Il valore ` e direttamente proporzionale alla velocit` a di espulsione ed all’area di base;

La posizione e la geometria delle superfici di sbocco utilizzate sono visibili in figu- ra 4.1.

Come descritto nel paragrafo 3.3, il valore numerico del C

` e dovuto anche alla ri-

Figura 4.1: Posizione delle uscite sulla base.

duzione di superficie di integrazione sulla base. Per valutare il peso di questo effetto in tabella 4.1 sono riportati i contributi, sul C

totale del modello di riferimento, delle superfici che successivamente diventano soffianti. Si riportano per riferimento anche i dati relativi alle altre superfici del modello.

Si effettuano simulazioni sia soffiando singolarmente dall’uscita superiore sia da

C

modello 0.269

C

0.138

C

0.131

C

C

% Centrale inferiore 0.010 4.1 Centrale superiore 0.010 4 Area rimanente 0.109 40.9 Dorso macchina 0.096 35.6 Fiancata macchina 0.01 3.7 Fondo macchina 0.004 1.7 Scivolo macchina 0.027 10

Netto 0.269 100

area di base S

0 .0957m

S A

Centrale inferiore 0 .0094m

0 .1 Centrale superiore 0 .0094m

0 .1 Area rimanente 0 .0769m

0 .8

Tabella 4.1: Soffiaggio centrale. Contributo al C

senza soffiaggio ed aree di sbocco.

quella inferiore. Questo per valutare una eventuale dipendenza del flusso risultante

ficie soffiante aprendo contemporaneamente entrambe le superfici. Tutti i risultati vengono confrontati sulla base della velocit` a adimensionale u.

Il valore della velocit` a di espulsione viene determinato in modo da variare C

all’in- terno del range usuale per il base bleed, 0 < C

< 0.1.

4.2 Risultati

In figura 4.2 e 4.3 sono riportati gli andamenti delle principali grandezze aerodi- namiche in funzione della velocit` a adimensionale u. Le curve sono parametrate in funzione dell’estensione dello sbocco, rappresentata dal valore di A

.

Si nota come il C

medio sulla base ha un andamento analogo a quello riportato per un corpo cilindrico con naso ad ogiva in figura 1.5. Il recupero di pressione, sulla parte solida di base, ha un massimo per un determinato valore della velocit` a adimensionale che risulta poco influenzato dall’estensione dello sbocco . Il massimo aumenta in modulo con A

(estensione dello sbocco) cio` e si sposta a valori pi` u ele- vati del coefficiente C

.

Dalla visualizzazione delle linee di corrente si vede che nella situazione ottimale il soffiaggio centrale riesce a spostare a valle il vortice perimetrale che, in assenza di base bleed, costituisce il nucleo del near wake. Il suo posizionamento a maggiore distanza dalla superficie della base del modello si accompagna ad una riduzione di intensit` a e dimensione. L’andamento delle linee di corrente in uscita dall’ugello ri- sulta chiaro in figura 4.4.

Nella stessa figura si nota come l’incremento di pressione sia maggiore dove le linee di corrente sono richiamate sulla base a formare un punto di ristagno. In figura 4.5 si pu` o vedere la distribuzione del coefficiente di pressione per il soffiaggio con A

= 0 .2 e u = 0.25, in particolare si pu`o confrontare con la situazione senza base bleed di figura 4.1.

Per comprendere la situazione da un’altro punto di vista in figura 4.6 ` e ripor-

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.22

0.23 0.24 0.25 0.26 0.27

u

C D

entrambi gli sbocchi sbocco superiore sbocco inferiore sbocchi aperti sbocchi chiusi

sbocchi chiusi stessa area 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17

u

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.09

0.1 0.11 0.12 0.13

u

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.16

0.17 0.18 0.19 0.2

u

−C p medio

Figura 4.2: Sbocco centrale. Coefficienti di resistenza.

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.79

0.8 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85

u

entrambi gli sbocchi sbocco superiore sbocco inferiore sbocchi chiusi

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

−1.34

−1.33

−1.32

−1.31

−1.3

−1.29

u

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

−0.52

−0.515

−0.51

−0.505

−0.5

−0.495

−0.49

−0.485

−0.48

u

C L

Figura 4.3: Sbocco centrale. Coefficienti di portanza.

Figura 4.4: Linee di corrente e C

sulla base nel soffiaggio centrale.

Figura 4.5: C

sulla base nel soffiaggio centrale.

Figura 4.6: Componente z della vorticit`a su un piano a 0.1m dal piano di simmetria.

tato il campo della componente z della vorticit`a su di un piano parallelo al piano di simmetria posto a 0 .1m da questo. Si assume una simmetria rispetto ad un piano orizzontale passante per la sezione mediana dello sbocco, si conviene di indicare con il termine vorticit` a la componente z della vorticit`a stessa e si fa riferimento alla parte superiore del near wake rappresentato in figura 4.6. La vorticit`a antioraria (rossa) introdotta alla base del getto impedisce al flusso ricircolante nel near wake di arri- vare alla base, si crea cosi un punto di ristagno distaccato. La vorticit` a introdotta, insieme a quella di segno opposto in arrivo dallo strato limite nella parte superiore del near wake, richiama il fluido sulla parte superiore della base. In questo modo un nuovo punto di ristagno riesce ad innalzare la pressione in una zona dove in assenza di soffiaggio il flusso ` e tangente. Scendendo a valle la vorticit` a antioraria si diffonde insieme a quella oraria dello strato limite e in questo modo il vortice ricircolante ancora presente risulta ridotto in intensit` a.

In termini di velocit` a come si vede dal confronto effettuato in figura 4.7, il modulo della velocit` a nelle zone adiacenti alla base solida diminuisce, come diminuisce nel nucleo della zona di ricircolo.

Interessante ` e la maggiore efficacia ai fini del recupero di pressione che si ha ai

bassi valori di u per la superficie di sbocco pi`u piccola. Ci`o indica un valore minimo

Figura 4.7: Modulo della velocit` a su un piano a 0 .1m dal piano di simmetria.

Figura 4.8: Soffiaggio centrale. Linee di corrente.

della velocit` a di sbocco sotto il quale non si riesce a modificare apprezzabilmente la struttura del near wake, nonostante sia immessa una uguale portata di aria.

Un secondo fenomeno da notare ` e la perdita nel recupero di pressione che si ha aumentando oltre il valore ottimo la velocit` a adimensionale u. Questo risulta evi- dente dall’andamento del C

medio per A

= 0 .1 dove, gi`a a valori di u superiori a 0 .3, il recupero di pressione decresce fino a peggiorare la situazione senza base bleed per u > 0.5.

Dalla visualizzazione delle linee di corrente in uscita dalla superficie di sbocco si

nota come la perdita di efficacia del base bleed sia dovuta alla eccessiva velocit`a di

sbocco. Le linee di corrente in uscita dalla base non vengono pi` u deviate dal flusso

di ricircolo ma riescono a “perforare” la zona del near wake. Il campo di pressio-

ne risultante ` e caratterizzato da aspirazioni pi` u elevate sulla base, determinate da numerosi vortici che si creano nella nuova tipologia di flusso. Il parametro deter- minante in questo fenomeno risulta essere la velocit` a di sbocco, infatti aumentando l’area di uscita del fluido soffiato si sposta il migliore recupero di pressione a valori pi` u elevati di C

ma in corrispondenza di esso si ottiene il medesimo valore per u.

In figura 4.8 ` e riportata questa situazione per la condizione di entrambi gli sbocchi soffianti ( A

= 0 .2).

La posizione della zona di soffiaggio nell’intorno della zona centrale influenza la struttura del flusso soprattutto a piccoli valori di u, in quanto le linee di corrente sono facilmente deviate dal flusso rientrante.

Uno spostamento verticale dello sbocco a valori maggiori di u influenza in maniera trascurabile il C

, mentre effetti maggiori si hanno sul C

. In particolare dai grafici riportati in figura 4.2, si nota come il coefficiente di pressione medio sulla base non sia influenzato dallo spostamento verticale dello sbocco. Lo stesso si pu` o dire del campo di pressione sul dorso della macchina, mentre la depressione sul fondo del modello decresce passando dalla superficie di sbocco bassa a quella pi` u alta. L’ef- fetto dello sbocco alto ` e molto vicino all’effetto che si ha sul C

del soffiaggio da entrambe le superfici, quando si confrontino in base al coefficiente di base bleed C

. Si capisce allora che il contributo maggiore nella distruzione della deportanza si ha soffiando dalla zona superiore.

Una spiegazione del fenomeno si intuisce dall’immagine 4.9. Il flusso uscente dallo

sbocco va a deviare le linee di corrente del fluido richiamato verso la base, se il sof-

fiaggio avviene esattamente coassiale al flusso incidente si ha una equa ripartizione

delle linee di corrente tra quelle deviate verso l’alto e quelle verso il basso. Nel caso

pi` u probabile di un leggero sbilanciamento verticale ci sar` a una maggiore quantit` a

di linee di corrente deviate in una direzione preferenziale. Nel caso dello sbocco cen-

trale superiore e del caso centrale A

= 0 .2 la maggior parte delle linee di corrente

di ricircolo sono deviate verso il basso e finiscono per intersecare il flusso in uscita

dal diffusore.

Figura 4.9: Vettori velocit` a sul piano di simmetria per l’uscita centrale superiore.

Figura 4.10: Vettori velocit` a su un piano orizzontale a met` a base per l’uscita centrale

superiore.

Si ha quindi un recupero di pressione nel diffusore dovuto a questo “ostacolo aero- dinamico” aggiuntivo, da qui segue il calo maggiore di deportanza nei due casi di sbocchi alti.

4.3 Analisi

Gli andamenti del coefficiente di resistenza e del coefficiente di pressione sulla parte solida della base, riportati nei grafici 4.2 e 4.3, suggeriscono una superficie di sbocco il pi` u estesa possibile. Concordemente la velocit` a di sbocco deve essere regolata in modo da ottenere il valore di u che realizza il massimo recupero di pressione.

Questa ricerca ha infatti evidenziato la presenza di un massimo relativo nel recupero di pressione medio sulla base. Il massimo risulta essere relativo al range di velocit` a di sbocco esplorate, quindi fino a circa u ' 0.7 (70% della velocit`a asintotica). Li- mitatamente inoltre a getti omogenei in direzione assiale.

La condizione di ottimo per una data superficie di sbocco, posta nella zona di rista- gno della base, si raggiunge quando ` e massimo il fluido soffiato e richiamato sulla superficie perimetrale della base stessa. In questo modo si formano nuovi punti di ristagno che incrementano la pressione statica sulla superficie del modello.

Allontanandosi dalla condizione di ottimo non si ottiene un adeguato flusso incidente se il soffiaggio ` e poco, se ` e troppo si introduce troppa vorticit` a nella zona adiacente allo sbocco, inducendo quindi velocit` a elevate e forti depressioni.

Una velocit` a di sbocco eccessiva provoca lo “sfondamento” della zona di ricircolo.

Non si entra nell’analisi di questo fenomeno che altri autori [16] hanno definito split- ter plate aerodinamica.

La posizione della apertura deve essere centrata sulla zona di ristagno della base

del modello senza soffiaggio, uno spostamento verticale non ha influenzato il C

,

mentre come gi` a sottolineato ` e preferibile tenere basso lo sbocco se si vuole mante-

nere una certa deportanza.