Bernoulli, fu vera gloria?

[devCad]

Originalmente inviato da Ehstìkatzi

Mi pare che si stia mescolando l'analisi del flusso tridimensionale sull'ala con quella del flusso bidimensionale sul profilo.
I programmi di calcolo per la prima analisi si basano su diversi metodi tra cui Vortex lattice ( reticolo di vortici ) e, mi correggano DevCad e Frank, XFLR5 si basa su questo.
L'analisi del profilo si basa su Xfoil che a sua volta si basa su ????
La seconda analisi è certamente più semplice e dà risultati, per le nostre esigenze, molto più affidabili e corrispondenti al reale.

A quanto so io:
- XFoil fa un'analisi bidimensionale (sul singolo profilo), ma considerando effetti di viscosita', piccole separazioni dello strato laminare, il profilo reale, volendo la compressibilita' del fluido. Non tiene quindi conto della pianta alare, degli scorrimenti del fluido lungo la direzione dell'apertura alare etc.
Per il metodo usato da XFoil rimando alla sua documentazione.

- il metodo vortex lattice fa calcoli invece sulla pianta alare reale, ma semplifica a profilo sottile (credo usi normalmente la linea mediana del profilo), caso non viscoso e non comprimibile etc

- XFLR5 credo cerchi di abbinare i risultati che provengono da questi due mondi, per cercare di dare risultati sul caso viscoso, profili reali e pianta alare reale.

Credo Frank sia piu' informato di me su XFLR5, io ho seguito questo progetto solo all'inizio

[Personal Jesus]

Originalmente inviato da devCad

A quanto so io:
- XFoil fa un'analisi bidimensionale (sul singolo profilo), ma considerando effetti di viscosita', piccole separazioni dello strato laminare, il profilo reale, volendo la compressibilita' del fluido. Non tiene quindi conto della pianta alare, degli scorrimenti del fluido lungo la direzione dell'apertura alare etc.
Per il metodo usato da XFoil rimando alla sua documentazione.

- il metodo vortex lattice fa calcoli invece sulla pianta alare reale, ma semplifica a profilo sottile (credo usi normalmente la linea mediana del profilo), caso non viscoso e non comprimibile etc

- XFLR5 credo cerchi di abbinare i risultati che provengono da questi due mondi, per cercare di dare risultati sul caso viscoso, profili reali e pianta alare reale.

Credo Frank sia piu' informato di me su XFLR5, io ho seguito questo progetto solo all'inizio

Più o meno quello che avevo capito io leggendo sommariamente "l'astratto" di XFLR5.

Detto in altre parole io ho capito più o meno quello che hai scritto tu: usa il metodo "ideale non viscoso" (detto con estremo abuso di linguaggio) per calcolare la distribuzione di portanza tridimensionale lungo l'ala, e quindi di conseguenza la resistenza indotta.
Poi prende i coefficienti di resistenza viscosa dei profili delle varie sezioni (detto sempre con abuso di linguaggio estremo) e penso li integri "brutalmente" lungo l'apertura (tenuto conto dei vari NR delle varie sezioni? Come divida l'ala lo sa lui, sempre che abbia capito bene) per aver la resistenza viscosa totale e lungo tutta l'apertura.
Dalla somma resistenza indotta calcolata "inviscida" e quella viscosa ottiene quella totale dell'ala.

Dai risultati "sperimentali" con cui hanno confrontato i risultati forniti dal software pare che la cosa, seppure "discutibile e poco ortodossa", funzioni.

Il bello è che pure a me in tempi non sospetti era balenata l'idea di far la stessa cosa con XFoil per calcolare qualche polare di profilo alle varie corde di apertura e poi integrare la resistenza viscosa in modo numerico magari con excel (ipotizzando una variazione approssimata e lineare della resistenza indotta tra, magari, radice dell'ala, prima rastremazione, seconda rastremazione, e così via fino all'estremità).
La distribuzione di portanza totale ideale non viscosa si poteva calcolare anch'essa con un piccolo programmino in linguaggio C (o qualsiasi altro) dividendo l'ala in tot stazioni e creando poi la matrice di calcolo a n variabili (più stazioni si mettono, almeno 5 o 7, più la matrice si ingrandisce e più diventa preciso lo sviluppo in serie per il calcolo dei coefficienti della resistenza indotta e della distribuzione di portanza).

Però mi sembrava un metodo bislacco e ottimista perciò non mi son mai applicato per veder se funzionava. Mi sono solo fermato al programmino per il calcolo della matrice da cui dedurre il coefficiente di resistenza indotta a seconda della geometria dell'ala.

[frank]

Bella anche questa dalla memoria di Galé:

[devCad]

Originalmente inviato da frank

Bella anche questa dalla memoria di Galé:

Lo avevo notato anch'io, ma avevo dato la colpa all'inflazione greca.

Tu che ne sai piu' di me cosa ne pensi della sua rappresentazione grafica della pressione dinamica? (vedi mio post poco indietro)

[frank]

Originalmente inviato da devCad

Tu che ne sai piu' di me cosa ne pensi della sua rappresentazione grafica della pressione dinamica? (vedi mio post poco indietro)

Immagino che sia una semplificazione. La pressione statica agisce in ogni punto e in tutte le direzioni, non solo contro le pareti. Le pareti, al più, sono l'unica superficie in cui è controbilanciata da una reazione del vincolo: forse è quello che il grafico voleva indicare.

[Manubrio]

Originalmente inviato da devCad

Manubrio, se fai una ricerca su VLM o vortex lattice troverai dettagli su questo metodo di calcolo basato su "(*) credo non reali" vortici ipotizzati su un reticolo alare.

(*) Sottraendo una componente traslazionale del fluido potremmo credo vedere i vettori delle particelle del fluido "come a voler formare questi tipi di vortici", che comunque non sono reali (secondo il mio concetto di reale).
Cio' non toglie pero' che il metodo non sia matematicamente corretto, se andiamo a sottrarre (per poi considerare a parte o rilevare come ininfluente ai fini della nostra analisi) una componente del moto come appunto quella traslazionale pure.
Io l'ho capita cosi'.

Grazie Durone
appena riesco a tirare il fiato vado a leggere. Da come la descrivi, è come Drela la insegna ai suoi studenti. Hai guardato le dispense che avevo linkato ? Li c'è tutto (si fa per dire). Da qualche parte avevo messo anche la sua descrizione filosofica della portanza, per chi fosse interessato. La rimetto qui, purtroppo in inglese. Credo che nessuno qui nel forum possa ignorare Drela (feroce antibernoulliano).

Infine: c'è una ragione per cui ho fatto la domanda "se i vortici esistono oppure no".

La teoria degli svedesi li prevede come reali. Avevo linkato anche quella, nella stessa pagina in cui misi la teoria bernoulliana di Cambridge, contrastata da quella classica Lanchester-Prandtl.

Drela che fa filosofia:

Newsgroups: sci.aeronautics
From: drela@mit.edu (Mark Drela)
Subject: Re: Wing Theory
Date: Tue, 7 Apr 1998 03:56:58 GMT

Don Stauffer wrote:

> The real question does remain, why does the air go faster over the top.
> I've got my own explanation, but not sure if folks by it. But Newton's
> explanation of lift does not explain why air goes faster over top
> either. But we can agree that it does, right?

The higher speed over the top is "explained" by F = ma (Newton's Law),
just like 99.9% of everything else in the universe.


A more detailed explanation might go as follows.
At least this is how I visualize it:

If you orient a stationary airfoil at some angle of attack and set it
into motion, the flow will curl up around the trailing edge, and form
a "starting vortex" just above the trailing edge. The lower pressure at
the center of this vortex will draw the upper-surface flow aft and thus
accelerate it until the flow no longer tries to curl around the trailing
edge, and the vortex vanishes (is swept downstream to be more precise).
Walla! Faster upper surface flow!


Now let's say you are cruising along steadily:

If the upper-surface flow slows down slightly because of some disturbance,
the flow will again try to curl around the trailing edge, and the vortex
will re-appear, and will then re-accelerate the upper flow back up to its
equilibrium speed. Similarly, if the bottom flow slows down accidentally,
a small vortex will curl around to the *bottom* side, and accelerate the
bottom back up. Hence, the top and bottom velocities stay at whatever
ratio is necessary to keep the trailing edge vortex from appearing.
This equilibrium at the trailing edge is in effect the Kutta condition.


Mark Drela First Law of Aviation:
MIT Aero & Astro "Takeoff is optional, landing is compulsory"





Newsgroups: sci.aeronautics
From: drela@athena.mit.edu (Mark Drela)
Subject: Re: How do airplanes fly?
Date: Mon, 13 Apr 1998 05:00:46 GMT

In article <1991Dec5.021651.6548@math.ucla.edu>, barry@arnold.math.ucla.edu
(Barry Merriman) writes:

|> How do planes fly? This thread started on sci.physics, but physicists
|> don't seem to know how flight works. I'm hoping the aero engineers
|> can give a good intuitive explanation.
|>
|> More precisely, here's what I'd like: starting from the
|> wing at rest, show, using obvious forces, how the
|> lift develops, and why the corresponding flow is stable.
|>
|> The explanation should make it intuitively obvious whether
|> such things as surface curvature, angle of attack and
|> sharp trailing edge are necessary for lift.

Whew! That's a toughie. Here's my shot ...

First, let's dispel some myths.

MYTH #1
"The air over the top of the airfoil has to go farther, so it goes faster
to meet up with the air going under the airfoil at the same time".

This is what Encyclopedia Britannica says. It is also totally wrong.
In fact, a collection of fluid "globs" lined up in a vertical line
will be anything but vertical once they pass the airfoil. The
"before & after" picture is crudely indicated below.

before . . . . . > after
o o
o o
o o
o o
o _-----____ o
o c______________ o
o airfoil o
o o
o o
o o

The deformation in the line is NOT due to the boundary layer! It looks
like this in inviscid flow. In fact, if the leading edge is blunt, the
one glob starting out exactly on the stagnation streamline never gets to
the airfoil, let alone past it! (it's a simple calculus exercise to show
this). A continuous line of particles therefore never gets "cut" by the
airfoil, but gets stretched out indefinitely. Clearly, MYTH #1 makes no
sense in this context.


MYTH #2
"The lowered pressure over the top of the wing is _caused_ by
the higher velocity there, in accordance with Bernoulli's Law."

It is misleading to use Bernoulli's Law in a cause-and-effect argument.
I could just as well say that the velocity over the wing is higher because
the air accelerates towards the lower pressure there. The squabble here
is over semantics more than anything else. I like to think of Bernoulli's
Law in the following terms:

"In an irrotational, effectively inviscid flow, pressure and velocity
are uniquely related by... (we all know the actual formula)",

and avoid using it in any kind of physical explanation of flow phenomena.


MYTH #3
"The flow around an airfoil and the lift on it are non-unique"

This is only true in a mathematical oversimplification of reality -- namely
inviscid flow. In a real viscous fluid, there is only one flow which
satisifies conservation of mass, momentum, and energy everywhere. Typically,
this "physically correct" (PC ?) flow will satisfy the Kutta condition (smooth
flow-off) at a sharp trailing edge. If the flow does not come off smoothly,
such as shortly after the start of the wing motion, viscous forces acting at
the sharp trailing edge will cause a vortex to roll off on the upper side,
if the angle of attack is positive. The lowered pressure at the core of
this vortex will accelerate the upper flow towards it, setting up the
"lifting" flow pattern.

I should add that in some rare instances, several distinct flows may be
possible (e.g. stall hysteresis), but not infinitely many. Also, the
only possible flow may be oscillatory (e.g. vortex-shedding off a cylinder).
These are mainly curiosities, however.


So to answer your questions...

|> Here's a few ground rules for the discussion:
|>
|> (1) No "explanations" of the form:
|> air must (for some bogus reason) flow faster over the
|> top than the bottom, therefore, by conservation of energy,
|> (= bournoulli's law) there is low pressure on top and net lift.
|>
|> This is the physicist's argument. The main flaw is that they
|> _assume_ a lifting flow pattern (fast on top, slow on bottom),
|> and then invoke conservation of E to verify it is lifting. THis
|> argument would be reasonable if they could give a valid argument that
|> the flow pattern would arise at take off, and is also stable
|> against perturbations. After all, there are other, non-lifting, flows
|> past airplane wings. The argument would get even better if they would
|> also scrap bournoulli, and show exactly how the forces acting arise,
|> so that would could get an intuitive feel for what is going on.

There is one unique flow past a wing (see MYTH 3). The pressure field
associated with this flow exerts a lift on the wing which depends on the
wing shape, angle of attack, dynamic presure, etc. To "see" why the
pressure must be lower over the wing, think of the curvatures of the
streamlines above and below an airfoil at an angle of attack, and the
pressure gradients necessary to force the fluid globs in curved paths
(I'm sorry, but you have to rely on at least F = ma at some point).


. .
. .
. . - p . .
_____
-----_____

FLOW >>> + p
. .
. .
. . . .


Note that the streamlines are roughly parallel to the airfoil at the
sharp trailing edge, as required by viscosity. Clearly, the pressure
over the wing must be decreased, and the pressure under the wing increased
to force the streamlines into this pattern.

I hope this answers some of your questions.



Mark Drela First Law of Aviation:
MIT Aero & Astro "Takeoff is optional, landing is compulsory"


qui il link, purtroppo le figure snel testo che metto qui sul barone risultano distorte

Lift (Mark Drela)

[Raviator]

Originalmente inviato da CarloRoma63

Questo è un discorso che abbiamo già affrontato e, mi pare di aver capito, anche risolto.

Se tu prendi l'ala come una "scatola nera", il cui effetto macroscopico è di deviare l'aria ed, in cambio, ottenerne una spinta, hai perfettamente ragione e su questo concordiamo tutti.
Il contendere è invece sul "come e perchè" l'ala devia l'aria e "come e perchè" ne ottiene una spinta. Quanto "sopra" e quanto "sotto", per riprendere il tuo enunciato, dipende da come consideriamo i flussi di aria, le pressioni locali, le velocità locali, il comportamento dello strato limite, le tubolenze, etc etc. e ci si sta ragionando sopra da molte pagine, grazie a caproni (come me) che chiedono magari cose stupide e persone molto preparate (altri) che sanno dare le risposte scientificamente corrette.

Carlo

Hai ragione, ma ogni tanto un ragionamento terra terra può aiutare a chiarirsi le idee, soprattutto a quelli (come me) che di aerodinamica non capiscono una mazza!

Ricollegandomi a "fisica 2 la vendetta", sul sito della perla (bucata) ho trovato questa perla (di saggezza), che forse può aiutare qualcuno a ritrovare la giusta via:

Gli ingegneri credono che le equazioni approssimino il mondo reale.

I fisici credono che il mondo reale approssimi le equazioni.

I matematici non riescono a fare il collegamento...

[staudacher300]

La portanza nella sua accezione aeromodellistica.

[devCad]

Originalmente inviato da staudacher300

La portanza nella sua accezione aeromodellistica.

Non vedo cosa c'entri, questa e' una discussione di tipo slow food

[staudacher300]

Originalmente inviato da devCad

Non vedo cosa c'entri, questa e' una discussione di tipo slow food

Il panino ha un re critico ed una superficie scabra che induce delle riflessioni sulle transizioni del flusso da laminare a turbolento.
E poi le fettuccine ai funghi porcini erano finite.