Effetto della forma sulla portanza

Disegno al computer di un profilo simmetrico e di un profilo con camber. Maggiore curvatura = maggiore portanza.

La quantità di portanza generata da un oggetto dipende da quanto il flusso è ruotato, il che dipende dalla forma dell’oggetto.In generale, la portanza è una funzione molto complessa della forma. Gli aerodinamici modellano l’effetto della forma con un coefficiente di portanza che è normalmente determinato attraverso test nella galleria del vento. Per alcune forme semplici, possiamo sviluppare equazioni matematiche per determinare il coefficiente di portanza. Il modello più semplice, il foglio d’aria bidimensionale Kutta-Joukowskia, è studiato da studenti universitari. Il programma FoilSimcomputer fornisce i risultati di questa analisi in una forma facilmente utilizzabile dagli studenti. Un risultato dell’analisi mostra che maggiore è la rotazione del flusso, maggiore è la portanza generata da un profilo.

Questa diapositiva mostra i campi di flusso per due profili diversi.Il profilo sulla sinistra è un profilo simmetrico; le forme sopra e sotto la linea centrale bianca sono le stesse. Il profilo sulla destra è curvo vicino al bordo d’uscita. Le linee gialle su ogni figura mostrano le linee di flusso da sinistra a destra; la figura di sinistra non mostra alcuna rotazione netta del flusso e produce una portanza; la figura di destra mostra una grande quantità di rotazione e genera una grande quantità di portanza. Le porzioni anteriori di entrambi i profili sono quasi identiche. La porzione di poppa del profilo destro crea la maggiore rotazione.

L’esempio mostrato sopra spiega perché la porzione di poppa delle ali ha sezioni a cerniera per controllare e manovrare un aereo. Deviare la sezione di poppa verso il basso produce una geometria simile alla figura a destra che produce più portanza. Allo stesso modo, se la sezione di poppa viene deviata verso l’alto, crea meno portanza (o addirittura portanza negativa). La capacità di variare la quantità di portanza su una parte dell’ala dà al pilota la possibilità di manovrare un aereo. Le seguenti diapositive mostrano la deflessione delle superfici di controllo e il movimento risultante del velivolo:

L’elevatore controlla il movimento di beccheggio.
Il timone controlla il movimento di imbardata.
Gli alettoni controllano il movimento di rollio.

Studiamo la dipendenza della portanza dalla forma del profilo alare usando un simulatore Javas.

A causa di problemi di sicurezza informatica, molti utenti stanno riscontrando problemi nell’esecuzione delle applet educative della NASA Glenn. Le applet vengono lentamente aggiornate, ma è un processo lungo. Se hai familiarità con gli ambienti Java Runtime (JRE), potresti provare a scaricare l’applet ed eseguirla in un ambiente di sviluppo integrato (IDE) come Netbeans o Eclipse. I seguenti sono tutorial per l’esecuzione di applet Java su entrambi gli IDE:
Netbeans
Eclipse

Puoi variare la forma della lamina usando il cursore sotto la finestra di visualizzazione o facendo un backspace sulla casella di input, digitando il tuo nuovo valore e premendo il tasto Enter sulla tastiera. Sulla destra c’è un grafico della camera di portanza, la campanatura è una misura della quantità di curvatura del profilo, il punto rosso mostra le vostre condizioni. Sotto il grafico c’è il valore numerico della portanza. È possibile visualizzare il valore della portanza (in unità inglesi o metriche) o il coefficiente di portanza utilizzando i pulsanti di scelta che circondano la casella di uscita. Cliccate sul pulsante di scelta e selezionate dal menu a tendina.

Come esperimento, impostate la campanatura a 0.0 per cento di corda e annotate la quantità di portanza. Ora aumentate la campanatura al 5 per cento: la portanza è aumentata o diminuita? Impostate la campanatura a -5 per cento. Qual è il valore della portanza? In che direzione si muoverebbe questo profilo?

Puoi scaricare la tua copia del programma da eseguire off-line cliccando su questo pulsante:

Puoi studiare ulteriormente l’effetto della forma del profilo e gli altri fattori che influenzano la portanza usando ilFoilSim III Java Applet.Puoi anche scaricare la tua copia di FoilSim per giocarci gratuitamente.

Attività:

Guided Tours