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Relatore: Stefania Scarsoglio
Candidato: Massimo Bivona
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 1
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Perché studiare un profilo bio-ispirato?
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 2
La natura: ottima maestra
Slot penne remiganti primarie
Alula
Winglets
Ottime prestazioni in fatto di resistenza aerodinamica
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Oggetto analisi
Sesso: Maschile
Età: 4 anni
Peso: 2,5 Kg
Apertura alare: 2 m
Corda media: 30 cm
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 3
Studio profilo alare 2D fisso e paragone con altri profili collaudati
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Acquisizione profili
Acquisizione dati Aquila
Gsys e interpolazione
(Matlab)
Acquisizione dati NACA
6412 e Selig S1223
Utilizzo software Xfoil
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 4
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Come fa un uccello a volare?
Lo squilibrio di pressione fa nascere una forza aerodinamica
La forza che interessa è la resistenza
In tutte le analisi svolte saranno trascurate quella indotta e quella di compressibilità
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 5
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Flapping e Hovering
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 6
Flapping o volo di potenza
• Downstroke
• Upstroke
Hovering o volo stazionario
• Tipico di piccoli uccelli ed insetti
• Necessita di un’ala che possa ruotare
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Gliding e Soaring
Gliding
Spinta in avanti mediante la
gravità
Perdita di quota inevitabile
Piccoli angoli di discesa per
profili efficienti
Soaring
Sfrutta correnti ascendenti o
contrarie
Possibilità di rimanere in
quota o salire
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 7
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Volo in formazione
La tipica forma assunta dallo stormo è a V
Viene sfruttato l’effetto downwash-upwash creato dagli esemplari in testa
La resistenza indotta diminuisce notevolmente
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 8
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Analisi non viscosa
Analisi che non tiene conto della viscosità dell’aria
La resistenza del profilo è trascurata
Lo stallo non si manifesta per qualunque angolo di attacco
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 9
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Analisi non viscosa
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 10
Profilo Aquila
•Per 𝛼 = 0° ha un lobo di depressione sul ventre
•Per 𝛼 = 8,5° si ha uno spostamento del punto di arresto
Profilo NACA
•Distribuzione simile a quella del profilo aquila
Profilo Selig
•Ha una distribuzione più uniforme dovuta alla geometria ad hoc
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Analisi viscosa
La resistenza viene presa in considerazione
Il flusso è supposto incompressibile
I numeri di Reynolds calcolati sono 𝑅𝑒 = 1 ∙ 105÷ 2,5 ∙ 105
Il profilo Selig risulta essere sempre quello più portante
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 11
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Curve aquila per 𝑅𝑒 = 1 ∙ 105
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 12
Bolle di separazione laminare dopo 8°
Resistenza minima per un ampio range di 𝐶𝐿
Momento circa costante per angoli in cui il profilo
non è stallato
Efficienza massima per 𝛼 = 5 − 6°
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Analisi viscosa
I profili bio-ispirati sono cateterizzati dall’avere una zona in cui il CL varia molto e il CD si mantiene circa al valore minimo
La resistenza del Selig è sempre maggiore, per angoli di incidenza in cui i profili non sono stallati
Il profilo dell’aquila e il NACA hanno andamenti simili
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Si è osservato che i profili bio-ispirati hanno notevoli proprietà
• Hanno resistenze ridotte
• Riescono ad essere molto versatili mantenendo efficienze alte
Altre proprietà, qui non considerate sono
• Ala ‘completamente’ deformabile
• Controllo dello strato limite
Queste proprietà consentono importanti applicazioni
• Nel settore aeronautico: riduzione resistenza = risparmio combustibile
• Nel settore energetico, profili per pale eoliche più efficenti
• Nei veliv0li UCAV di nuova concezione
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 14
Conclusioni
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Grazie per l’attenzione!!
Tesi Laurea 2014 - Massimo Bivona 15