Letteratura scientifica selezionata sul tema "Coefficiente di potenza indotta"

Oggetto della presente trattazione sono lo studio della stabilità statica e dinamica e l’ottimizzazione delle prestazioni per velivoli multirotore di piccola/media taglia. La tesi è divisa in tre principali macroaree: analisi dinamica, analisi delle prestazioni, dimensionamento e sviluppi futuri. Nella prima sezione, a partire dallo studio delle principali derivate aerodinamiche, è possibile analizzare la stabilità del velivolo; inoltre, come si dimostrerà ampiamente, essa può essere incrementata tramite opportune soluzioni costruttive, quali angoli di tilt e diedro. Nella seconda sezione, dato un multirotore con una certa configurazione ed un determinato peso, si desidera ricavare il tempo di volo in una condizione di hover, che è funzione della potenza richiesta. In particolare, per quanto concerne questa macroarea, sono stati sfruttati dati sperimentali provenienti da test al banco prova e relativi a eliche di svariate dimensioni, in termini di diametro e passo. La possibilità di utilizzare tali dati è stata di rilevanza assoluta, poiché ha permesso di affinare minuziosamente la stima della potenza, soprattutto per quanto riguarda il coefficiente di potenza indotta. Nella sezione finale si desidera trovare la batteria ottimale da equipaggiare ad un velivolo multirotore, noti la geometria ed il peso a vuoto. A tal proposito si è anche ricavata una “curva di sensibilità”, estremamente utile, ad esempio, per un progettista, poiché consente di capire come si modificano le prestazioni al variare della capacità nominale della batteria. Ciascuna macroarea termina con un caso applicativo, che permette la validazione dei codici MATLAB implementati.

L’idea di questa tesi è nata dalla volontà di verificare il lavoro svolto come oggetto di studio di illustri scienziati che si prefissero come traguardo la risoluzione di questo problema, che aveva come obiettivo la comprensione, la previsione e l’ottimizzazione dei fenomeni legati allo scambio termico convettivo attraverso le svariate geometrie di superficie. Gli steps per il raggiungimento dello scopo oggetto di questa tesi, pertanto, possono essere così riassunti: 1. definizione di una corretta metodologia di calcolo dei campi fluidodinamico e termico, per un condotto piano infinitamente lungo, in condizioni di completo sviluppo; 2. dimostrazione della fattibilità di un’ottimizzazione di tale geometria, tramite l’utilizzo del software Mathematica; 3. trovare l’andamento del numero di Nusselt e verificare se il risultato ottenuto coincide con il risultato che si trova in letteratura relativamente al caso studiato. Da quanto ottenuto mediante i calcoli realizzati con il software Mathematica possiamo concludere che l’andamento del numero di Nusselt, ottenuto tenendo conto delle condizioni al contorno di tipo T in un condotto con pareti piane infinitamente lungo, ci dimostrano che i calcoli precedentemente effettuati sono corretti in quanto corrispondo ai risultati presenti in letteratura.

Il crescente fabbisogno energetico e la necessità di ridurre l'inquinamento atmosferico stanno spingendo la ricerca verso soluzioni alternative di produzione di energia. Una di queste potrebbe essere l'inserimento di turbine eoliche ad asse verticale (VAWT), come quella Savonius, nella generazione distribuita. La Savonius ha un design semplice e può generare potenza anche a basse velocità del vento quindi, con l'obiettivo di aumentarne il coefficiente di potenza, sono state studiate delle pale con una forma alternativa a quella tradizionale semicilindrica. Una volta selezionato il design con le migliori prestazioni in termini di coppia e coefficienti di potenza, questi parametri sono stati studiati in funzione degli angoli azimutali, del tip speed ratio (TSR) e del numero di Reynolds. Inoltre sono stati analizzati i campi di velocità e pressione nel dominio circostante la turbina eolica. Tutte le indagini sono state eseguite con un'analisi fluidodinamica computazionale (CFD), realizzata con il software Star-CCM+, e considerando come dominio computazionale un cilindro avente le dimensioni di una galleria del vento. Nonostante la potenza estraibile da questo prototipo di turbina eolica sia bassa a causa della piccola taglia, il coefficiente di potenza massimo, mediato su una rotazione, raggiunge il valore di 0.24 quando il TSR è pari a 0.85. Quindi il nuovo aerogeneratore risulta avere un’efficienza maggiore di quella raggiunta dalla turbina Savonius avente pale con forma tradizionale e che è stata analizzata come confronto. In quest'ultimo caso, infatti, il coefficiente di potenza medio massimo è 0.22, quando il TSR è 0.75. Il nuovo prototipo è anche stato costruito e testato nella galleria del vento in collaborazione con due studenti dell’”Ecole d’Ingénieurs Polytechnique de l’Université de Tours”: Maxime Collet e Romain Guehennec. E’ stato dimostrato che al crescere della velocità del vento, aumenta quasi linearmente la velocità di rotazione della turbina eolica.

Studio del coefficiente di resistenza aerodinamica, della potenza aerodinamica e del comportamento in caso di raffica di vento laterale, su un modello del restyling della vettura Astura, disegnato in SolidWorks. Attraverso le simulazioni in una galleria del vento fittizia realizzata in Flow Simulation si è ottenuta la resistenza aerodinamica del modello. Da questa è stato possibile ottenere il valore del coefficiente di resistenza e la potenza aerodinamica assorbita. Il coefficiente di resistenza è stato confrontato con quello di veicoli presenti sul mercato. Si è poi studiato il comportamento della vettura in caso di raffica laterale, ricorrendo all'ellisse di aderenza degli pneumatici e verificando che la stabilità con raffiche fino a 150 km/h non venga compromessa. Lo stesso stuido è stato fatto nel caso in cui si inizi una frenata sempre sotto l'influenza di una raffica laterale; si è visto che, al fine di non perdere aderenza, lo spazio di frenata deve aumentare. Si è quindi calcolato lo spazio minimo necessario per la frenata, in presenza di una raffica di 150 km/h, senza che si verifichi una perdita di aderenza.