ITALIANO

Campi compressibili supersonici e ipersonici. Similitudine Ipersonica. Onde e discontinuità in Ipersonica. Flussi a elevate temperature. Flussi di miscele reagenti. Flussi in equilibrio e non equilibrio. Riscaldamento aerodinamico. Aerodinamica del Rientro.

1) Appunti forniti dal docente.
2)John D. Anderson: Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics.
AIAA Education Series.
3)John J. Bertin: Hypersonic Aerothermodynamics.
AIAA Education Series.

Scopo del corso è di fornire allo studente una preparazione di livello avanzato sui principi fondamentali della dinamica dei fluidi alle alte velocità e loro modellistica matematica.

Aerodinamica, Aerodinamica dei Velivoli

Lezioni Frontali

Elaborato pratico
Esame Orale

I flussi ipersonici.
Introduzione. Aspetti storici. Che cos'è un flusso Ipersonico e perchè è Importante la sua trattazione. Applicazioni di ingegneria: veicoli di rientro; veicoli balistici e portanti; velivoli da crociera ipersonica: veicoli a propulsione scramjet. Tipiche traiettorie di volo ipersonico: il piano Velocità-quota. Condizioni di volo tipiche che portano a caratteristiche fenomenologie di flusso ipersonico.
Flussi ipersonici Inviscidi.
Relazioni onda d’urto e onda-espansione nel caso ipersonico. Relazioni di base per shock ipersonico. Relazioni limite ipersoniche per le onde d'urto. Metodi di inclinazione superficiale locale. Teoria newtoniana. Correzioni centrifughe di Newton-Busemann. Metodi del cuneo / cono tangente. Il ruolo del rapporto di densità in ipersonica. Il limite combinato di numeri di Mach elevati e rapporti di densità elevata. Principio dell'indipendenza del numero di Mach. Le equazioni dei piccoli disturbi di Van Dyke per corpi sottili. Stima della stand-off distance per corpi tozzi. Strato d’urto e entropico.
Flussi viscosi ipersonici.
Flusso viscoso: aspetti di base; Strato limite e riscaldamento aerodinamico. Il ruolo della quota di volo. Fenomenologia della transizione dello strato limite: veicoli ipersonici endo-atmosferici e trans-atmosferici. Effetti della rarefazione dell’aria. Strati limite laminari comprimibili. Fattore di recupero. Soluzioni simili per lastra piana e punto di ristagno. La correlazione di Fay-Riddell. Riscaldamento aerodinamico. Interazioni viscose forti e deboli. Interazioni onde d’urto/strato limite.
Effetti termochimici ad alta velocità.
Effetti di gas reale ad alta temperatura: alcune considerazioni introduttive. Effetti delle alte velocità di volo su flussi non caloricamente e non termicamente perfetti. L'importanza dei flussi ad alta temperatura. La natura dei flussi ad alta temperatura. Effetti chimici in aria sulla mappa velocità-altitudine: riepilogo e commenti. Alcuni aspetti della termodinamica dei gas chimicamente reattivi. Dissociazione dell'aria, ionizzazione ed eccitazione vibratoria. Effetti di non equilibrio termo-chimici e vibrazionali.
Aerodinamica del rientro atmosferico.
Meccanica particellare del rientro dei veicoli spaziali. Il ruolo del coefficiente balistico, la curvatura del bordo d’attacco delle fusoliere e delle ali. Il gradiente di densità atmosferica. Decelerazione, riscaldamento e atterraggio di precisione. Alcune considerazioni sull'aerodinamica dei flussi rarefatti. Aerodinamica del flusso transizionale. Il numero di Knudsen. Il criterio di Bird per la classificazione dei flussi rarefatti, transizionali e continui.

Italian

Supersonic and hypersonic flow flieds. Hypersonic similitude. Waves and discontinuities in hypersonic flows. High temperature flows. Reacting mixture flows. Equilibrium and non-equilibrium flows. Aerodynamics heating. Re-Entry aerodynamics.

1) Notes provided by the Teacher.
2)John D. Anderson: Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics.
AIAA Education Series.
3) John J. Bertin: Hypersonic Aerothermodynamics.
AIAA Education Series.

Aims of this course is to give an advanced preparation to the student on fundamentals physics and mathematical modelling of high speed flows.

Aerodynamics, Aircrafts Aerodynamics

Traditional Lectures

Oral Examination

The hypersonic flow environment.
Introduction. Historical aspects. What is Hypersonic Flow and Why is Important. Engineering applications: Reentry vehicles: ballistic and lifting spacecrafts; hypersonic cruise aircrafts: scramjet propelled vehicles. Hypersonic Flight Paths; the Velocity-Altitude Map. Typical flight conditions leading to characteristics hypersonic flow phenomena.
Hypersonic Inviscid flows.
Hypersonic Shock and Expansion-Wave Relations. Basic Hypersonic Shock Relations. Hypersonic limit relations for shock waves. Local Surface Inclination Methods. Newtonian theory. Newton-Busemann centrifugal corrections. Tangent-Wedge/Tangent-Cone Methods. The role of the density ratio in hypersonics. The combined limit of high Mach numbers and large density ratios. Mach-number independence principle. Van Dyke’s small-disturbance equations for slender bodies. The shock stand-off distance from blunted bodies. Shock layer and entropy layer.
Hypersonic Viscous flows.
Viscous Flow: Basic Aspects, Boundary Layer Results, and Aerodynamic Heating. The role of flight altitude. Boundary-layer transition phenomenology: Endo-atmospheric and trans-atmospheric hypersonic vehicles. Non-continuum effects. Compressible laminar boundary layers. Recovery factor. Basic self-similar formulations for flat plates and forebody stagnationpoint flows. The Fay-Riddell correlation. Aerodynamic heating. Strong and Weak Viscous Interactions. Hypersonic Shock-Wave/Boundary Layer Interactions.
High-speed thermo-chemical effects.
High-Temperature Real Gas effects: Some Introductory Considerations. Non-calorically and non-thermally perfect effects at high flight speeds. The Importance of High-Temperature Flows. The Nature of High-Temperature Flows. Chemical Effects in Air: The Velocity-Altitude Map: Summary and Comments. Some Aspects of the Thermodynamics of Chemically Reacting Gases. Air dissociation, ionization, and vibrational excitation. Chemical and vibrational non-equilibrium effects.
Re-entry aerodynamics.
Particle mechanics of re-entering spacecrafts. The role of the ballistic coefficient, the nose curvature, and the atmospheric density gradient. Deceleration, heating, and downrange precision landing. Some considerations about rarefied-flow aerodynamics. Transitional flow aerodynamics. The Knudsen number. The Bird flow classification criterion.