Re: Elica (lungo ma appassionante)

From: Teo916 <matteo.sorini_at_virgilio.it>
Date: Sat, 19 Jul 2003 09:06:20 GMT

".:Cla:." <claudio.falorni_at_tiscali.it> ha scritto nel messaggio
news:bf9833$ooj$1_at_lacerta.tiscalinet.it...

> ma quale tubo di flusso consideri?
> forse il luogo geometrico generato dall'elica che si muove? ovvero il suo
inviluppo?
Certo

> cosa intendi con pressione statica e con pressione dinamica?
> Nella legge di Bernoulli c'� solo la pressione in un punto del tubo di
flusso.
Il teorema di Bernoulli ha pi� forme a seconda di quello che vuoi fare
conservare: se espliciti tutto secondo una
pressione ottieni che la pressione totale nel tubo di flusso, a meno di
mescolamenti, si conserva ed � composta
da un contributo statico (pressione... quella misurata con un manometro) ed
uno dinamico (1/2*rho*V^2) che ha
le dimensioni di una pressione. In fluidodinamica si usa la pressione, in
aerodinamica pure... per� se entri nel comprimibile
si esplicita tutto per una energia e si impone la conservazione
dell'entalpia totole... quindi cambiano i nomi ma il
concetto no.
In meccanica dei fluidi preferiscono usare le altezze: quindi hai che
l'altezza totale si conserva ed � la somma della quota
piezometrica e dell'altezza cinetica.
Nota: altezza cinetica e pressione dinamica sono figlie della stessa mamma:
l'energia cinetica che difatti si usa nella
conservazione entalpica.

> Forse intendi questa per pressione statica e quella dinamica magari �
> generata da qualcosa "fuori Bernoulli" dipendente forse dalla velocit� di
rotazione dell'elica e dalla concavit� delle pale?
Questo � un modello semplificato di disco attuatore: non ci si addentra su
cosa sia il disco (ventola... elica).
Vedi risposta sopra.


> Secondo il mio modesto parere, credo che siamo in ambito di moti
turbolenti
> e quindi Bernoulli porta a contraddizioni come per il paradoso di
D'Alambert.
Certo che siamo in moto turbolento in quanto siamo sicuramente a qualche
centinaio di migliaia di Reynolds (con punte di milioni).
Comunque i paradossi vanno utilizzati correttamente: in una qualsiasi
analisi mediante i flussi potenziali che si basano sulle equazioni
di Laplace (e dubito che siano sbagliate quelle) ti accorgi che non trovi la
resistenza dell'oggetto perch� non hai la viscosit� (negata dai
flussi potenziali) che per� ha piccoli contributi, ma soprattutto non hai la
separazione dello strato limite che porta ad una resistenza di pressione.
Tuttavia la portanza te la puoi calcolare benissimo: di un profilo o di un
aeroplano puoi fare un modello potenziale e sapere con buonissima
approssimazione le caratteristiche di portanza ma non di resistenza.
Poi comunque Bernoulli � stato dimostrato prima, ma � conseguenza del
teorema di Eulero che vale anche se c'� vorticit�, per� solo sulla linea
di flusso.

> Del resto, senza scendere nel dettaglio di una teoria piuttosto che di
un'altra che non conosco, se il fluido fosse ideale non opporrebbe
> resistenza alla pala, quindi non sarebbe possibile nessuna spinta.
Vedi risposta sopra.

> quello che intuisco � che analogamente al modello del moto laminare si pu�
ipotizzare una serie di strati di fluido di spessore
> infinitesimo sopra l'elica, per� cos� non riesco proprio ad intuire come �
fatto un tubo di flusso!!...
Il tubo di flusso � un volume immaginario (ma potrebbe esser anche reale...
come un tubo) le cui generatrici sono tangenti al vettore
velocit� nel punto.
In questo caso � una specie di imbuto che parte dall'infinito a monte
dell'elica in prossimit� della quale si restringe vistosamente e finisce
all'infinito a valle della stessa.


> Io partivo da una semplice considerazione: immaginavo un'elica piana,
ovvero di forma piatta e spessore costante.
> Per evidenti ragioni di simmetria se ruota non succede nulla alla barca
altrimenti lo spazio non sarebbe isotropo...
Ok... lo spessore centra poco che sia costante: nelle eliche ha solo una
funzione strutturale poich� alla radice della pala
si hanno elevati valori dei momenti flettenti e torcenti delle forze
fluidodinamiche e delle forze d'inerzia della pala in rotazione.

> Quindi � nella concavit� delle pale che si deve indagare per trovare il
segreto della spinta!!
Esatto! E' tutto nella geometria. Difatti in una teoria pi� approfondita (io
ti ho scritto quella del disco attuatore perch� pensavo
di aiutarti ma mi sa che ho peggiorato) si vede come un ala in rotazione la
pala. E qui conta solo come � fatta la stessa.
La concavit� centra nell'efficienza: si potrebbe comunque avere un elica con
concavit� opposta rispetto a quelle usate utilizzando
i cosidetti profili autostabili. Avrebbe un efficienza piccola.

> Forse allora non � vero che le velocit� prima o dopo l'elica sono uguali;
considero un cilindro che la contiene: pu� darsi che la
> velocit� del fluido uscente dalla base A del cilindro sia maggiore di
quella del fluido entrante
> nella base B perch� entra anche del fluido con una certa velocit�
attraverso la superficie laterale... la divergenza sarebbe sempre nulla...
Lo sarebbe... ma cos� non sarebbe un tubo di flusso perch� avresti vettori
velocit� secanti.
Comunque, sia con l'aria che tanto meno con l'acqua dato che ha un modulo di
comprimibilit� mostruoso, la corrente non pu�
comprimersi: quindi subito prima e subito dopo l'elica la velocit� non
varia.


> Come ?!? Le sette pale dei nostri sommergibili Sauro II classe!!
> Anni di studio di Fincantieri!!!
> ;-))) (a proposito, chiss�perch� 7....!!!!)
Le eliche marine devono sopportare spinte maggiori (anche perch� la densit�
dell'acqua � quasi mille volte maggiore di quella dell'aria al suolo),
vibrazioni maggiori dovuti anche alla cavitazione(e quindi fatica maggiore),
devono andare "sempre" senza sosta e non possono subire
manutenzione come quelle aeronautiche che sono a portata di mano: quindi
devono sottostare a dettami strutturali pi� severi che fanno
a botte con quelli aerodinamici.
Ci� implica rendimenti penosi rispetto alle cugine che operano in aria.
Il numero 7 potrebbe esser un compromesso per non fare entrare in scia una
pala con quell'altra. Avendo un diametro maggiore possono
mettere pi� pale poich� all'estremit� sono pi� distanti e si disturbano
meno.

> Cosa intendi per "pulite"? e il rendimento?? energia trasmessa/energia
cinetica elica ??
Devi sapere che c'� sempre una vecchia storiella: si deve fare un aereo.
L'aerodinamica progetta l'ala e porta i disegni allo strutturista: l'ala �
sottilissima e col bordo d'entrata (quello anteriore dell'ala) appuntito per
avere alte efficienza (forza portante/forza resistente).
Lo strutturista basito restituisce all'aerodinamico un ala tozza: lui ci
deve far star dentro una trave, i carrelli, gli impianti e il combistibile
senn�
gli impiantisti si arrabbiano.
Avrai gi� capito dove voglio parare: per pulite si intende aerodinamiche,
ovvero esili, sottili, senza fronzoli e che fanno poca scia, quindi anche
poco resistenza. Anche perch� cos� si possono usare metodi potenziali (vedi
sopra).
Rendimento: potenza entrante/potenza uscente. Quindi (coppia
motrice*velocit� angolare)/(forza spingente*velocit�).
La questione del rendimento o dell'efficienza aerodinamica di una cosa ci
riguarda da vicino: essendo le forza fluidodinamiche proporzionali
al quadrato della velocit� ci permettono di fregarle! Ecco perch� una Smart
che va a 50km/h in citt� si pu� permettere di essere un cubo
(non c'� niente di peggiore per l'aerodinamica) tanto qui conta il posteggio
e il rendimento termico del motore per i consumi; invece una
Ferrari che va a 300km/h se non cura la sua linea non ci arriva neanche a
quella velocit�. Ci sono molti altri esempi...

> Semplicemente piatta!!!
Continuo a non capire. Piatta ovvero... senza angolo di calettamento, senza
svergolamente e con profilo simmetrico (abbiamo detto che
lo spessore non conta)? Se cos� fosse no. Farebbe solo un gran casino e
basta: anche perch� la sua coppia resistente sarebbe minima per
la configurazione in cui � quindi smuoverebbe l'aria (senza dare spinte) e
manderebbe in fuga "qualsiasi" motore.
Su alcuni aeroplani si pu� far� una cosa simile: se l'elica � a passo
variabile si pu� mettere in "bandiera", ovvero, detto in soldoni, col bordo
d'attacco disposto anteriormente e che mostra l'intradosso (la pancia... la
superficie concava) nel senso di rotazione .
Ci� permette di annullare la spinta e tradurla in una coppia resistente
massima all'albero oppure, molto pi� spesso, di fare meno resistenza
possibile in caso di avaria al propulsore per cercare di salvare la pelle.
E' da notare un elica non propulsa, in queste condizioni non funziona
nemmeno come turbina: cio� se investita da una corrente non si mette a
girare, quindi si evita di sfasciare ulteriormente il motore.
Non mi risulta che le eliche marine siano in grado di variare il proprio
passo fino a questi livelli poich� non se ne farebbero niente.

Nota: visto che ti piace la nautica, conoscerai sicuramente le eliche (se
cos� possiamo chiamarle) di tipo Voith-Schneider: con quelle
si estremizza la natura di ala della pala.
Spero di esser stato utile!
Sono comunque a disposizione.
Teo
Received on Sat Jul 19 2003 - 11:06:20 CEST