Aerospace Engineering - Propulsione Aerospaziale

La Presa Dinamica Supersonica

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LA PRESA DINAMICA Prese supersoniche Onde d’urto L’esperienza conferma che un fluido comprimibile supersonico può sperimentare un brusco cambiamento di stato , caratterizzato da un significativo incremento della pressione, della densità e della temperatura. La variazione dei parametri di flusso (velocità, pressione, temperatura statica, ecc.) avviene in uno spessore dell’ordine di qualche libero cammino medio delle molecole (~10-7 m). A livello macroscopico tale spessore è trascurabile, perciò la regione in cui il fenomeno ha luogo può essere immaginata come una superficie di spessore nullo attraverso il quale i parametri di flusso sono discontinui. Tale fenomeno prende il nome di onda d’urto . Trattandosi di una compressione pressoché istantanea, il processo non può essere reversibile. Attraverso l’onda d’urto la pressione totale diminuisce. Onde d’urto Esistono diversi tipi di onde d’urto. Si definisce normale l’onda d’urto perpendicolare alla direzione del flusso (l’onda d’urto è assimilabile ad un piano di spessore nullo). Obliqua l’onda d’urto che non soddisfa tale condizione (l’onda d’urto è assimilabile ad un piano o a una superficie curva , inclinata rispetto alla direzione del flusso ) Nella trattazione successiva considereremo un’onda d’urto normale in un condotto a sezione costante, privo di attrito, adiabatico (i tempi caratteristici relativi all’urto sono molto piccoli e il fluido non ha tempo di scambiare energia) e senza scambio di lavoro con l’ambiente esterno. Inoltre verranno trascurate le forze di massa agenti sul fluido. Attraverso l’onda d’urto la temperatura totale si conserva. Con i pedici 1 e 2 verranno indicate rispettivamente le condizioni a monte e a valle dell’urto . Mentre i pedici 01 e 02 indicheranno rispettivamente le condizioni totali a monte e a valle dell’urto. Spessore delle onde d’urto Onde d’urto Onde d’urto normali Onde d’urto normali Onde d’urto normali Onde d’urto normali Onde d’urto normali Onde d’urto normali Onde d’urto normali Onde d’urto normali Onde d’urto normali Onde d’urto normali Presa supersonica ad onda normale (F-16) Presa supersonica ad onda normale (F-16) Presa supersonica ad onda normale Presa supersonica ad onda normale Tabella delle onde d’urto normali (1/2) Tabella delle onde d’urto normali (2/2) Onde d’urto oblique Onde d’urto oblique Onde d’urto oblique Soluzione forte e debole Per un dato numero di Mach M 1 esistono in generale 2 valori dell’angolo d’onda σ che impartiscono al fluido la stessa deviazione δ. All’angolo σ minore corrisponde a valle dell’onda un flusso con numero di Mach M 2 minore di M 1 ma ancora supersonico (soluzione debole-weak shock), all’angolo σ maggiore corrisponde a valle dell’onda un flusso subsonico (soluzione forte-strong shock). L’instaurarsi dell’una o dell’altra soluzione dipende dalle condizioni al contorno. Onde d’urto oblique Onde d’urto oblique Onde d’urto oblique Onde attaccate o separate Onde attaccate o separate Max deviazione, min Mach Immagine Schlieren di un flusso supersonico di aria su un cuneo con M1 = 1.56 e δ = 20° ( > δ max). Si noti l’onda d’urto staccata al vertice. Onde d’urto oblique Campo di moto intorno a un proiettile in moto transonico Onde d’urto oblique Campo di moto intorno a un proiettile in moto supersonico Rallentamento del flusso Decelerazione esterna Onde d’urto coniche Onde d’urto coniche M = 2 ; δ = 24° Onde d’urto coniche Mirage III - cono mobile Cono mobile F-104 - cono fisso MiG-21 MF – cono mobile Rapporto tra le pressioni totali per un diffusore funzionante con n urti obliqui di intensità uniforme e un urto normale (γ = 1.4). Onde oblique multiple Onde oblique multiple M 2 = 2.26; M 3 = 1.65; M 4 = 0.67 M 1 = 3 Onde d’urto oblique Rapporto tra le pressioni totali per un diffusore funzionante con n urti obliqui di intensità uniforme e un urto normale (γ = 1.4).