Si sperimenta l’effetto del soffiaggio da aree di sbocco distribuite lungo il perimetro della base del modello. I parametri utilizzati nella procedura seguente sono:

6.1 Procedura

Si sperimenta l’effetto del soffiaggio da aree di sbocco distribuite lungo il perimetro della base del modello. I parametri utilizzati nella procedura seguente sono:

Posizione Si verifica l’effetto di sbocchi posizionati lungo il bordo superiore, la

fiancata laterale, a lato dello scivolo e sullo scivolo. Vengono provate varie combinazioni e sulla base dei risultati si verificano le posizioni pi` u efficaci;

Forma Inizialmente si provano sbocchi continui perimetrali distesi lungo il perime-

tro della base. In seguito sono state distribuite tre aree rettangolari una per ogni lato esterno della base del semimodello;

Superficie Si verificano combinazioni che complessivamente raggiungono estensioni

pari a circa il 10% ed il 20% della superficie totale della base del modello, mentre le singole uscite soffianti coprono il 2 .5% o il 5%;

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

direzione longitudinale;

Figura 6.1: Posizione delle uscite perimetrali continue.

6.1.1 Uscite perimetrali continue

C

modello 0.250

C

0.128

C

0.122

C

C

% Perimetrale esterna 0.021 8.5 Perimetrale interna 0.018 7.2 Area rimanente 0.086 34 Dorso macchina 0.089 35.6 Fiancata macchina 0.009 3.7 Fondo macchina 0.004 1.7 Scivolo macchina 0.025 10

Netto 0.250 100

area di base S

0 .0957m

S A

Perimetrale esterna 0 .0144m

0 .15 Centrale superiore 0 .0125m

0 .13 Area rimanente 0 .0688m

0 .72

Tabella 6.1: Soffiaggio perimetrale continuo. Contributi al C

ed aree di sbocco.

La geometria delle uscite ` e visibile in figura 6.1. Si nota come il gap tra uscita e

limite della base sia ridotto al minimo in modo da ridurre le aspirazioni dovute alla

deflessione delle linee di corrente esterne. L’area di ogni singola uscita ricopre circa

il 10% dell’intera superficie di base. In tabella sono riportati i contributi al C

del

modello senza soffiaggio dovuti ad ogni singola superficie.

Figura 6.2: Posizione delle uscite perimetrali discontinue.

Si effettua il soffiaggio dalla sola uscita perimetrale esterna e in un secondo momento da entrambe le uscite perimetrali contemporaneamente.

6.1.2 Uscite perimetrali discontinue

C

C

%

Superiore 0.0063 2.5

Laterale 0.0032 1.3

Inferiore 0.0036 1.4

Inferiore centrale 0.0032 1.3 Area rimanente 0.106 42.4 Dorso macchina 0.089 35.6 Fiancata macchina 0.009 3.7 Fondo macchina 0.004 1.7 Scivolo macchina 0.025 10

Netto 0.250 100

area di base S

0 .0957m

S A

Superiore 0 .0047m

0 .05 Laterale 0 .0024m

0 .025 Inferiore 0 .0024m

0 .025 Inferiore centrale 0 .0024m

0 .025 Area rimanente 0 .062m

0 .65

Tabella 6.2: Soffiaggio perimetrale discontinuo. Contributo al C

ed aree di base.

una soluzione “semplice” della geometria di sbocco.

Le uscite vengono usate sia insieme che singolarmente. Nel secondo caso si cerca di individuare quale posizione sia pi` u efficace nel modificare la struttura vorticosa della scia.

6.2 Risultati

Vengono riportati separatamente i risultati ottenuti con gli sbocchi continui e con quelli discontinui. In seguito i dati vengono analizzati e comparati. Si mettono in evidenza quindi le perdite che si hanno a semplificare la geometria di sbocco.

6.2.1 Sbocchi continui

In figura 6.3 e 6.4 sono riportati i valori dei coefficienti aerodinamici ottenuti nelle simulazioni con sbocchi continui perimetrali A

= 0 .1, A

= 0 .2 e con gli sbocchi superiore, laterale, inferiore contemporaneamente in azione.

Lo sbocco ` e posto nelle zone dove sono maggiori le aspirazioni in assenza di soffiag- gio. Per questo motivo si ha una diminuzione di 0 .04 sul C

riconducibile alla sola diminuzione del dominio di integrazione sulla base per il caso continuo A

= 0 .2.

Il contributo dovuto al base bleed ` e caratterizzato dalla presenza di un minimo della resistenza per un valore di u che diminuisce leggermente all’aumentare di A

. Anco- ra una volta l’andamento ` e simile a quello riportato in letteratura, anche se il valore ottimo del soffiaggio si ottiene, a parit` a di A

, a valori maggiori di C

rispetto al caso di soffiaggio centrale. L’incremento medio massimo del C

che si raggiunge con il soffiaggio perimetrale continuo A

= 0 .2 `e di circa 0.08.

Dalla suddivisione del C

in parte forebody e base si vede che il base bleed agisce soprattutto sulla base, dove si ha un deciso recupero di pressione.

Sul dorso del modello gli effetti sono minori rispetto a quelli che si hanno sul fondo.

La nuova tipologia di scia determina un maggiore recupero di pressione sulla parte

posteriore del dorso che si evidenzia con il calo di C

e con la meno evidente ridu-

zione di C

relativamente al solo dorso.

0.2 0.4 0.6 0.8 0.19

0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27

u

C

0.2 0.4 0.6 0.8

0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17

u C

forebody

Uscite: Superiore; Laterale; Inferiore;

Uscite perimetrali continue A

R

= 0.1 Uscite perimetrali continue A

R

= 0.2 Sbocchi chiusi

Sbocchi chiusi stessa area

0.2 0.4 0.6 0.8

0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13

u C

base

0.2 0.4 0.6 0.8

0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

u

−C

medio

Figura 6.3: Sbocco perimetrale. Coefficienti di resistenza.

0.2 0.4 0.6 0.8 0.76

0.78 0.8 0.82 0.84

u

Uscite: Superiore; Laterale; Inferiore;

Uscite perimetrali continue A

= 0.1 Uscite perimetrali continue A

= 0.2 Sbocchi chiusi

0.2 0.4 0.6 0.8

−1.34

−1.32

−1.3

−1.28

−1.26

u

0.2 0.4 0.6 0.8

−0.52

−0.5

−0.48

−0.46

−0.44

u

C L

Figura 6.4: Sbocco perimetrale. Coefficienti di portanza.

Figura 6.5: Sbocchi perimetrali continui A

= 0 .2. Andamento del C

.

Sul fondo del modello le conseguenze del base bleed sul campo di pressione sono pi` u evidenti. Il calo della deportanza assume un andamento simile alla riduzione di resistenza per ciascuna tipologia di sbocco perimetrale esaminata. ` E comunque interessante notare che la massima riduzione di C

sul fondo avviene per un valore di u minore del valore che d`a il minimo di resistenza. Questo accade per la contem- poranea riduzione di portanza sul dorso.

In figura 6.5 sono riportate le distribuzioni del coefficiente di pressione sulla base per il caso con soffiaggio continuo perimetrale e A

= 0 .2. La scala di rappresentazione

` e volutamente la stessa per mettere in risalto le variazioni ottenute in funzione di u.

Il recupero di pressione ` e dovuto principalmente ad una diversa diffusione della vorticit` a nella scia, essendo trascurabili le variazioni nella posizione dei vortici. A differenza del caso con sbocchi centrali infatti, nel caso del soffiaggio periferico, le zone di ristagno della velocit` a rimangono le medesime (figura 6.5). La maggiore pressione all’interno della base ` e evidente sin dai piccoli valori del soffiaggio.

Sul gap tra lo sbocco e il bordo della base sono invece localizzate forti aspirazioni che aumentano in modulo con u. Da qui l’esigenza di collocare le uscite per il soffiaggio il pi` u vicino possibile al bordo.

In figura 6.6 ` e riportata la distribuzione del C

sulla base per il caso perimetrale continuo con A

= 0 .1. L’andamento `e il medesimo prima descritto per l’uscita pi`u estesa. In accordo con i grafici riportati in 6.3 il massimo recupero di pressione si ottiene per u = 0.5.

Aumentando l’intensit` a di soffiaggio e quindi la velocit` a in uscita, cambia la tipo- logia di flusso nel near wake. Il recupero di pressione massimo aumenta in modulo ma resta circoscritto in una zona limitata della base. Nella zona perimetrale della base, compresa subito all’interno degli sbocchi di soffiaggio, il recupero di pressione si riduce proporzionalmente all’aumentare di u oltre il valore ottimo. Da notare anche il leggero spostamento verso il piano di simmetria dei punti di ristagno sulla base.

Lo stesso fenomeno descrive il flusso per lo sbocco perimetrale continuo con A

= 0 .2

Figura 6.6: Sbocchi perimetrali continui A

= 0 .1. Andamento del C

.

Figura 6.7: Componente z della vorticit`a al passaggio tra dorso e base. A

= 0 .2.

per valori di u > 0.4.

In figura 6.7 ` e rappresentata la distribuzione della vorticit` a per il caso perimetrale continuo con A

= 0 .2. Si pu`o notare come, in prossimit`a dello spigolo superiore tra baule e base, su di un piano verticale a 0 .1m dal piano di simmetria, la diffusione della vorticit` a possa essere influenzata dal soffiaggio perimetrale. Successivamente in figura 6.8 ` e riportata la stessa grandezza per il caso perimetrale continuo con A

= 0 .1, per il quale `e pi`u evidente l’andamento al variare di u. L’effetto del soffiaggio ` e il medesimo nei due casi analizzati, i risultati ottenuti sono comunque pi` u promettenti per l’apertura con estensione maggiore.

La situazione con gli sbocchi chiusi presenta un forte gradiente di velocit` a (vedi fi- gura 6.9) al passaggio tra zona di ricircolo e flusso esterno. Ne segue che una intensa vorticit` a induce forti velocit` a all’interno del near wake e quindi i vortici di ricircolo hanno una intensit` a tale da dare forti aspirazioni sulla base.

Per valori piccoli di u il flusso viene deviato facilmente dal fluido ricircolante nella

scia. Le linee di corrente vengono compresse in un sottile layer che si interpone

Figura 6.8: Componente z della vorticit`a al passaggio tra dorso e base. A

= 0 .1.

tra il flusso esterno e la zona di ricircolo. Per valori di u ' 0.3 il profilo costante del vettore velocit` a in uscita dallo sbocco viene rallentato sia superiormente (dallo strato inferiore del boundary layer separato dal modello) sia inferiormente (dalle basse velocit` a presenti nella zona di ricircolo) creando cos`ı due zone con vorticit` a di segno opposto. Superiormente il getto riesce in questo modo a diffondere parte della vorticit` a del boundary layer mentre ne inserisce una certa quantit` a di segno concorde a quella presente nel near wake nella parte inferiore.

Aumentando il valore della velocit` a adimensionale di soffiaggio questi effetti ven-

gono amplificati, si inserisce una quantit` a maggiore di vorticit` a di segno opposto

superiormente e di segno concorde inferiormente. Si ottiene una condizione di ot-

timo quando la diffusione della vorticit` a ` e massima, cio` e quando il gradiente di

velocit` a che determina il passaggio alla velocit` a esterna ` e il pi` u omogeneo e diffuso

possibile. In questo modo la vorticit` a pi` u diffusa che va a formare la scia induce

Figura 6.9: Velocit` a su un piano a 0 .1m dal piano di simmetria. A

= 0 .1.

duce gradienti di velocit` a elevati all’interno del near wake, quindi induce di nuovo delle velocit` a consistenti nella zona di ricircolo.

Come si vede in figura 6.9 l’effetto del soffiaggio perimetrale sul campo di velocit` a in prossimit` a dell’ingresso dello strato limite nel near wake ` e notevole. Iniziando a soffiare si diffonde il gradiente di velocit` a introdotto dallo strato limite esterno.

Aumentando l’intensit` a di soffiaggio si passa per una diffusione massima per poi

“spostare” il gradiente stesso in una zona pi` u interna del near wake.

Una differenza fondamentale negli effetti del soffiaggio perimetrale, rispetto al soffiaggio centrale discusso nel capitolo 4, risiede nel fatto che la tipologia della zona di ricircolo non ` e modificata. Il soffiaggio oltre a confinare il ricircolo di flusso mo- difica l’intensit` a dei vortici che lo costituiscono ma non sposta in modo significativo il nucleo dei vortici stessi.

Confrontando le immagini 6.10, 6.11 con le corrispondenti relative al modello senza

Figura 6.10: Vettori velocit` a su un piano orizzontale a met` a base.

soffiaggio 2.12, 2.13 si notano comunque delle differenze significative. L’intensit` a dei vettori velocit` a sul piano orizzontale all’interno della zona di ricircolo ` e diminui- ta. Inoltre in figura 6.10 si nota come il flusso proveniente dal diffusore sia meno evidente, il che giustifica la perdita in deportanza che si ha con il soffiaggio. Dalla rappresentazione 6.11 fatta sul piano di simmetria si vede la posizione del nucleo del vortice superiore leggermente spostata verso la base, mentre il vortice inferiore si sposta a sua volta in direzione opposta rispetto alla situazione 2.12.

Una interpretazione di quanto appena descritto prende in considerazione l’extra

flusso che una volta soffiato dallo sbocco viene catturato dal vortice superiore. In

seguito per la vicinanza del vortice superiore stesso alla superficie di base questo

extra flusso dopo essere tornato a coalescere sulla base si inserisce tangenzialmente

al vortice inferiore allontanandolo dalla base e finisce a “spingere” verso il basso il

flusso in arrivo dal diffusore. In questo modo si rende conto anche della perdita in

deportanza dovuta al minore funzionamento dello scivolo.

Figura 6.11: Vettori velocit` a sul piano di simmetria.

al suo interno. Il risultato sarebbe una “carenatura aerodinamica” che permettereb- be un notevole recupero di pressione sulla base. La vorticit` a immessa dal boundary layer verrebbe diffusa a tutta la zona di scia.

6.2.2 Configurazioni perimetrali multiple

Vengono usate uscite caratterizzate da una maggiore distanza dal bordo esterno rispetto al soffiaggio perimetrale continuo. Inoltre ` e da valutare la presenza di di- scontinuit` a sull’area di soffiaggio e quali zone del perimetro della base permettono singolarmente di ottenere i maggiori contributi in termini di recupero di pressione.

Nelle figure 6.12 e 6.13 sono riportati i risultati relativi alle soluzioni numeriche di soffiaggio dalle uscite perimetrali discontinue. Vengono confrontati i casi di tre usci- te soffianti contemporaneamente, con due posizioni diverse dello sbocco basso (Vedi figura 6.2), e di ciascuna uscita soffiante singolarmente.

Si analizzano inizialmente le differenze, con tre uscite perimetrali soffianti, dovute al posizionamento dell’uscita bassa lateralmente allo scivolo (inferiore) o centrale (inferiore centrale). In entrambi i casi A

vale 0 .1.

Rimane invariato rispetto agli sbocchi continui il valore di u in grado di dare il

migliore recupero di pressione ma si ottengono recuperi di pressione pi` u contenuti.

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.235

0.24 0.245 0.25 0.255 0.26 0.265 0.27

u

C

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.12 0.13 0.14 0.15 0.16

u C

forebody

3 uscite bassa laterale 3 uscite bassa sullo scivolo Solo superiore

Solo laterale Solo inferiore Sbocchi chiusi

Sbocchi chiusi stessa area

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.1 0.11 0.12 0.13 0.14

u C

base

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2

u C

base

Figura 6.12: Sbocchi perimetrali discontinui. 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

u

3 uscite bassa laterale 3 uscite bassa sullo scivolo Solo superiore

Solo laterale Solo inferiore Sbocchi chiusi

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

−1.35

−1.34

−1.33

−1.32

−1.31

−1.3

u

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

−0.53

−0.52

−0.51

−0.5

−0.49

−0.48

u

C L

Figura 6.13: Sbocchi perimetrali discontinui. Coefficienti di portanza.

Il C

risulta ancora pi` u dipendente dalla posizione dello sbocco basso (figura 6.13).

Soffiando singolarmente dalle uscite si notano due andamenti opposti per le uscite inferiore ed inferiore centrale. L’uscita inferiore aumenta l’aspirazione sul fondo e quindi la deportanza, al contrario dello sbocco inferiore centrale che determina un maggiore recupero di pressione sul fondo.

Lo sbocco inferiore risulta efficace nella riduzione del C

e nell’aumento della de- portanza del modello. Ci` o significa che nella simulazione effettuata il soffiaggio oltre a migliorare il funzionamento del diffusore, agisce sulla resistenza di pressione del- la base in maniera tale che il recupero risulta maggiore dell’aumento di resistenza

“indotta” dalla deportanza. Inoltre da simulazioni effettuate a valori di u = 0.7 e u = 0.8 per l’uscita inferiore ha messo in evidenza come il minimo di resistenza (centrato su u = 0.6) ha un andamento molto piatto, mentre la deportanza continua a crescere in modulo con un buon gradiente.

Le uscite superiore e laterale diminuiscono singolarmente la resistenza del modello, mentre al contrario della uscita inferiore, distruggono parte della deportanza. La spiegazione ` e da ricercare nello stesso effetto evidenziato per gli sbocchi continui.

Dove il flusso soffiato superiormente, catturato dal vortice di scia superiore, viene spinto sul flusso in uscita dal diffusore (figura 6.11).

Il valore di u che d`a il migliore recupero di pressione nel caso delle singole uscite

soffianti risulta dipendente dalla uscita stessa. Si nota come l’uscita superiore, che

singolarmente ha una maggiore superficie, lavora bene per u ' 0.04, l’uscita laterale

intorno a u ' 0.06 e l’uscita inferiore per u ≥ 0.07. Questo risultato suggerisce la

Figura 6.14: Sbocchi perimetrali discontinui. Coefficiente di pressione.

Dalla distribuzione del coefficiente di pressione sulla superficie della base ripor- tato in figura 6.14, relativo al soffiaggio perimetrale discontinuo da tre uscite, si nota come l’uscita inferiore centrale non riesce ad ottenere lo stesso effetto della inferiore. Anche se il massimo recupero di pressione assume lo stesso valore, in cor- rispondenza del piano di simmetria l’uscita inferiore mantiene pressioni pi` u elevate, inoltre sullo scalino di lato al diffusore determina un maggiore recupero di pressione.

In figura 6.15 sono riportati i vettori velocit` a nel near wake colorati attraverso il loro modulo. A destra del piano di simmetria sono in azione le uscite inferiore centrale, superiore e laterale, a sinistra invece ` e attiva l’uscita inferiore insieme a superiore e laterale. Si nota chiaramente la differente velocit` a in prossimit` a del gra- dino a fianco dello scivolo. Nelle altre zone il modulo della velocit` a rimane simile nei due casi, cos`ı come non ci sono variazioni di rilievo nella tipologia di flusso nella scia.

In figura 6.16 e figura 6.17 vengono confrontati il campo di pressione e l’anda-

mento dei vettori velocit` a per le uscite attive singolarmente. Sono stati sommati i

Figura 6.15: Sbocchi perimetrali discontinui. Confronto inferiore-inferiore centrale

Figura 6.17: Sbocchi perimetrali discontinui. Confronto vettori velocit` a.

Figura 6.18: Uscita inferiore. Linee di corrente.

contributi al recupero di pressione nei singoli casi ` e si ` e verificata una netta linearit` a sia sul C

che sul C

. Il caso di soffiaggio simultaneo di superiore, laterale e inferio- re ` e il risultato della sovrapposizione degli effetti dovuti alle singole uscite soffianti singolarmente.

Dalla rappresentazione dei vettori velocit` a in figura 6.17 si distinguono le singole azioni del soffiaggio in prossimit` a della superficie della base. Si nota come le zo- ne perimetrali sprovviste di soffiggio determinano un “libero sfogo” al flusso. Di conseguenza le velocit` a e le aspirazioni sono maggiori. Non si notano variazioni si- gnificative nella tipologia del flusso.

Da sottolineare l’azione sul coefficiente di portanza da parte dell’uscita inferiore.

Come gi` a evidenziato riesce a ridurre la resistenza complessiva pur incrementando la deportanza del veicolo. In figura 6.18 sono visualizzate le linee di corrente in uscita dallo sbocco inferiore. L’aumento della deportanza del veicolo ` e giustificato da un migliore funzionamento del diffusore posteriore. Il recupero di pressione nella zona a lato dell’uscita del diffusore determina un minore richiamo sul flusso in uscita dallo scivolo.

Il guadagno in termini di resistenza raggiunge il massimo, relativamente al range di

6.3 Analisi

Dai risultati precedenti relativi alla tecnica del soffiaggio perimetrale, esposti nei precedenti paragrafi, sono emersi numerosi punti interessanti che meritano un ulte- riore approfondimento

Nella zona di gap tra sbocco e perimetro della base, per via del richiamo eserci- tato sulle linee di corrente esterne, si creano forti aspirazioni. Il valore medio del C

in queste zone ` e di circa −0.3 contro un C

medio di circa −0.18. Ne segue che risulta vantaggioso applicare il soffiaggio il pi` u vicino possibile al perimetro esterno della base del modello.

Le zone perimetrali della base che nel caso discontinuo non sono coperte da sof- fiaggio, costituiscono delle “uscite” preferenziali per il flusso all’interno. Le velocit` a in prossimit` a della superficie della base aumentano in modulo proprio in coinciden- za di questi sfoghi, di conseguenza le pressioni diminuiscono. La soluzione ottimale prevede quindi un soffiaggio perimetrale continuo.

In alternativa si ` e visto come il soffiaggio sia fondamentale in zone perimetrali di forte aspirazione, mentre su regioni a C

maggiore (sopra il diffusore) i vantaggi sono pi` u limitati.

Soffiando dalle uscite perimetrali discontinue singolarmente si ` e visto come la u preferibile dipende dalla posizione dello sbocco. In questa ottica la possibilit` a di soffiare a differenti velocit` a lungo il perimetro della base potrebbe portare a risultati ancora migliori.

Per come si realizza il recupero di pressione nella scia, un ulteriore miglioramento

possibile coinvolge il profilo di velocit` a del fluido soffiato. Inserendo il flusso ester-

namente a velocit` a maggiore rispetto alla zona interna dello sbocco si ottiene una

migliore diffusione della vorticit` a in arrivo dallo strato limite. Un profilo lineare

della velocit` a, partendo da velocit` a nulla all’interno dello sbocco per arrivare alla

velocit` a massima di sbocco al bordo esterno dello stesso, dovrebbe permettere un

Un aumento della superficie di sbocco, per una configurazione perimetrale conti-

nua, determina una leggera diminuzione della velocit` a adimensionale che realizza il

migliore recupero di pressione.