Portanza

[Ingegnere]

Ciao ragazzi sono nuovo.... qualcuno saprebbe spiegarmi cos'è il coefficiente di portanza come si calcola ecc?

[Captor]

Benvenuto, la definizione di coefficente di portanza la puoi trovare qui, verso il fondo della pagina (vedi "Coefficient of lift").

In pratica, il coefficente di portanza si determina attraverso prove sperimentali in galleria del vento.

 

Scusa la brevità, qualsiasi cosa domanda pure...

[Ingegnere]

Benvenuto, la definizione di coefficente di portanza la puoi trovare qui, verso il fondo della pagina (vedi "Coefficient of lift").

In pratica, il coefficente di portanza si determina attraverso prove sperimentali in galleria del vento.

 

Scusa la brevità, qualsiasi cosa domanda pure...

ma tanto per avere un idea tra che valori è compreso?e poi io conosco questa formula per calcolare la portanza:

L=velocità al quadrato per superficie alare per densità dell'aria per il coefficiente tutto diviso 2.... ma che unità di misura vanno utilizzate? esempio la velocità va in m/s o in mach?

[Captor]

Allora...

Mi sono accorto che è questa la pagina di wiki dedicata al coefficente di portanza, se ti può interessare.

 

Dunque, il coefficente di portanza (per brevità Cl), come puoi vedere dal grafico esemplificativo che c'è nella pagina che ho linkato, è funzione dell'angolo di incidenza ed il Cl max per un'ala in configurazione pulita raggiunge valori tipici di 1-1,5 , mentre supera 3 per un'ala in configurazione di atterraggio, cioè con slat e flap estesi.

 

La formula che conosci è giusta, ovviamente.

Le unità di misura dipendono dal sistema utilizzato: ad ogni modo il Cl è un numero adimensionale e attento, anche il numero di Mach è adimensionale, non è un'unità di misura!

 

Nel Sistema Internazionale utilizzerai [m/s] per la velocità, [kg/m^3] per la densità, [m^2] per la superfice alare, ed otterrai la portanza in [N].

Modificato 9 Agosto 2007 da Captor

[Ingegnere]

grazie Captor

[ghostrider]

LA PORTANZA

 

affinché un aereo possa sollevarsi da terra, deve avere una struttura alare convessa sul dorso. In questo modo la differenza di pressione che si viene a creare sopra e sotto l'ala determina una spinta verso l'alto che, se maggiore della forza peso, permette il sostentamento.

Possiamo osservare l'effetto che il moto relativo nell'aria produce sull'ala utilizzando un manometro differenziale.

 

E' chiaro che l'entità della spinta verso l'alto che un corpo riceve dipende dalla sua forma e dalla sua posizione rispetto alla direzione del fluido che lo investe: ecco allora come anche corpi aventi profilo simmetrico, riescono ad alzarsi in volo.

 

un particolare moto determina una differenza di velocità (e di pressione) sulle sue superfici che fornisce la spinta ascensionale (effetto Magnus); l'effetto Magnus causa anche le anomalie nella traiettoria di una pallina da tennis, messa in rotazione dall'urto contro la racchetta.

Un secondo esempio, è l'aquilone: in questo caso la spinta verso l'alto, provocata inclinando l'aquilone secondo un angolo detto "di incidenza", dipende dall'urto diretto dell'aria. La funicella, applicando una forza che bilancia esattamente la spinta dell'aria e il peso dell'aquilone, serve a tenere fermo l'aquilone rispetto al suolo.

 

Riassumendo:

se l'angolo di incidenza è nullo, la spinta ascensionale è garantita dal "risucchio" verso l'alto dovuto al teorema di Bernoulli;

se l'angolo di incidenza è diverso da zero, alla forza ascensionale di cui sopra contribuisce anche la spinta diretta dell'aria, che si può osservare con una semplice esperienza;

la spinta complessiva verso l'alto che un corpo in moto relativo nell'aria riceve, si dice PORTANZA.

Nota:

in ogni caso l'angolo di incidenza non deve superare i 15°, infatti oltre i 15° i filetti fluidi non riescono a ricongiungersi nel bordo di uscita e si crea una depressione con conseguente diminuzione di portanza che rende incontrollabile il velivolo (fenomeno dello "stallo").

Modificato 24 Agosto 2007 da ghostrider

[Magno]

Visto che la mia domanda è stupida non sto ad aprire un altro topic in merito.

 

Come mai un aereo in volo inverso non precipita?

[Flaggy]

Visto che la mia domanda è stupida non sto ad aprire un altro topic in merito.

 

Come mai un aereo in volo inverso non precipita?

La portanza non è legata solo alla forma dell'ala e in particolare dei suoi profili, ma anche all'angolo d'incidenza.

Detto (molto) in soldoni si tratta di far compiere più strada all'aria che passa sopra l'ala e meno a quella che passa sotto (in modo che ne consegua un differenziale di pressione tra sopra e sotto l'ala) e questo fenomeno può essere incrementato aumentando l'incidenza. Come si vede qui sotto le linee di flusso s'infittiscono sopra il profilo (cosa che indica una maggiore velocità dell'aria) e all'aumentare dell'incidenza lo fanno ancor di più.

Quindi, fermo restando che i profili sono tantissimi, molti dei quali anche biconvessi (cioè convessi sia sul dorso che sul ventre), in generale, per ottenere che un profilo sia deportante, basta farlo investire da un flusso d'aria con un opportuno angolo negativo.

In genere i profili alari non sono simmetrici e sono ottimizzati per realizzare una portanza diretta dal ventre al dorso (verso l'alto) e quindi sono portanti anche se l'angolo di incidenza è leggermente negativo... ciò non toglie però che, incrementando tale angolo negativo, essi diventino deportanti e se l'aereo vola capovolto l'ala è anche in grado di sostenerlo (basta infatti che l'aria investa l'ala con una componente diretta dal dorso al ventre e non viceversa, come avviene quando l'aereo vola dritto).

Comunque, a meno che il profilo non sia biconvesso e simmetrico, i valori di portanza massima ottenibili saranno necessariamente minori in volo rovescio.

[Magno]

AH!!! ora ho capito... grazie Flaggy per la spiegazione... io ero rimasto a Bernoulli :lol:

[Takumi_Fujiwara]

Però non ho capito come fa a funzionare l'ala in volo rovescio.

Cioè nella pratica so che funziona.(per la serie "eppur vola")

 

Invece nella teoria guardando il grafico mi viene da dire che un'ala che vola "a rovescio" per generare una componente verticale positiva (posto y positivo in alto) dovrebbe volare almeno a 45°!(in questo caso eguaglierebbe la componente verso il basso e da questo punto avremmo lo zero di portanza) (e so che non sono così tanti i gradi da dare in volo rovescio).

 

Come fa a non "stallare" l'aria (e a staccarsi dall'ala) che passa sull'ala?Il profilo oltretutto è ribaltato e completamente sfavorevole ai fluidi...

Bhè ovviamente tutto questo se il bordo inferiore dell'ala è effettivamente piatto....(per es. andando sul pratico so che un mirage il cui bordo sotto è quasi piatto riesce a volare in volo sostenuto rovescio...Oppure mi sto sbagliando?)

 

Insomma,ho le idee poche chiare come al solito

Modificato 27 Settembre 2007 da Takumi_Fujiwara

[-{-Legolas-}-]

Credo sia impossibile sostenere il volo rovescio per più di un tempo, che può essere più o meno lungo, ma che ha comunque un limite.

 

Poi Flaggy ha scritto bene che a meno di non avere un profilo biconvesso o simmetrico, in volo rovescio la componente portante è senz'altro minore, ma più di tutto dovrebbe rimanerti che se applichi una certo angolo d'incidenza, è possibile ottenere io credo per semplice reazione aerodinamica, una componente portante sufficente per stare in volo rovescio per un pò.

 

Poi conta che gli aerei militari volano soprattutto per la forza bruta del motore, l'aerodinamica è disegnata di conseguenza, diverso è il volo rovescio di un Cessna, da quello di un F-16.

[Flaggy]

Invece nella teoria guardando il grafico mi viene da dire che un'ala che vola "a rovescio" per generare una componente verticale positiva (posto y positivo in alto) dovrebbe volare almeno a 45°!(in

Takumi, perche’ parli di 45 gradi?

Gia’ volare sottosopra spesso non piace alle persone e ai motori, ma non facciamolo diventare un incubo anche per l’aerodinamica...

Daccordo che ci sono profili col ventre abbastanza spianato, ma mica serve andare a meno 45 gradi (dove ovviamente stallerebbero)...

D’altra parte, guardando anche il disegno sopra, se l’angolo di incidenza fosse negativo (e non certo di 45 gradi...), vedresti una cosa molto simile...ma dalla parte opposta...

Considera che l’angolo di incidenza del disegno sopra e’ di circa 10 gradi (e solitamente non e’ una condizione di crociera visto che e’ un angolo molto grande e per mantenerlo probabilmente l’aereo volerebbe col muso alto perche' lento o in cabrata)...

Pensi che per diventare deportante debba andare a –45? Un profilo del genere e’ deportante gia’ con piccoli angoli negativi...

 

Poi non dobbiamo distinguere tra l’effetto del dorso panciuto e dell’angolo di incidenza: tornando a vedere il disegno, l’effetto di entrambi e’ lo stesso!!

In soldoni, un dorso piu’ panciuto o un angolo di incidenza piu’ elevato stringono lo spazio sopra l’ala e costringono l’aria a correre piu’ velocemente sopra.

Guarda che succede all’aria davanti al profilo: viene risucchiata verso l’alto e le linee di flusso si avvicinano. Cio’ comporta una minore pressione sopra.

 

L’altra faccia della medaglia e’ poi un altro fenomeno e cioe’ che l’aria esce dal bordo d’ucita con una componente verso il basso...Ma le due cose sono strettamente collegate, o meglio sono la stessa cosa...

Puoi infatti dire che l’ala sostiene l’aereo perche’ la pressione sul dorso e’ inferiore a quella sul ventre e cio’ determina una risultante verso l’alto (la portanza), ma puoi anche dire che per il principio di azione e reazione una forza uguale e contraria deve agire sull’aria e quindi deve spingerla verso il basso (l’aereo sta su’ perche’ spinge l’aria giu’...): ma e’ la stessa cosa, non sono due cose separate!!

Non e’ che la forma del profilo lavora sulla pressione mentre l’angolo d’incidenza spinge l’aria verso il basso!Fanno la stessa cosa perche’ i due fenomeni vanno a braccetto e uno e’ la diretta conseguenza dell’altro!

 

Se il profilo poi non e’ simmetrico e’ ovvio che il contriubuto della forma del profilo e dell’angolo di incidenza in volo rovescio tendono a contrastarsi, ma non vuol dire che ci sia bisogno di andare a meno 45 gradi per star per aria...E questo sia in teoria che in pratica!

Sia ben chiaro che questo e’ un discorso generale: ci sono profili adatti al volo rovescio e altri che non lo sono affatto perche’ stallano troppo presto e ad angoli negativi troppo piccoli...

E’ altrettanto ovvio pero’ che i profili adottati dai caccia non sono tra questi e poi quelli sono profili supersonici e le onde d’urto che si formano a quelle velocita’complicano e incasinano le cose a dismisura...

Modificato 27 Settembre 2007 da Flaggy

[Takumi_Fujiwara]

uffi com'è difficile spiegarsi senza poter disegnare..

 

Ho sbagliato a dire 45°.Volevo dire se prendiamo il disegnino che hai postato,lo ribaltiamo la direttrice della portanza e' a -90° ( diciamo 270° cosi' siamo a posto ponendo come riferimento il senso antiorario).Ora l'ala sta sviluppando deportanza al massimo perché' la sua portanza è tutta diretta verso il basso(logico).

Se vogliamo che l'aereo voli capovolto senza perdere quota (sostenendosi solo con la portanza quindi) devo fare in modo che la componente verticale diventi positiva (la freccia della portanza o della sua componente verticale ritorni "su") e quindi inclino l'ala capovolta per modificare le componenti.

(e' chiaro che è una situazione teorica..nessuno volerebbe mai a lungo capovolto per i casini di alimentazione,lubrificazione e strutturali)(bhe' tranne quelle persone che rischiano di perdere un'ala se hanno dei G positivi eheheh(ogni riferimento è puramente casuale))

 

Solo che non riuscivo a capire dal punto di vista geometrico dei vettori delle forze come l'ala producesse componente di portanza positiva (rimane in volo livellato)pur essendo rovesciata....Ma credo di aver capito che mi son concentrato troppo sul vettore della portanza e non sull'andamento dell'aria sull'ala con quegli assetti. (in pratica...il quesito era :un'ala rovesciata produce lo stesso portanza ,basta inclinarla sufficientemente rispetto all'aria?) Spero che così si sia capita meglio.

 

Lo so che possono sembrare pensieri stupidi,ma è perchè non ne so niente.Mi piacerebbe capire anche il perchè di alcune cose.

 

Eh lo so che è dura spiegarsi così,cmq credo di aver afferrato quello che mi dici....Vedrò di digerire con calma le cose.

Modificato 27 Settembre 2007 da Takumi_Fujiwara

[Flaggy]

uffi com'è difficile spiegarsi

Sapessi quanto e' difficile capirti...

Cazzolina, Takumi, certe volte sembra che fai delle supercazzole tremende, stile conte Mascetti (e l’ultimo messaggio non e’ meglio)...Comunque...

 

in pratica...il quesito era :un'ala rovesciata produce lo stesso portanza, basta inclinarla sufficientemente rispetto all'aria?)

SI!!

 

 

Se puo’ aiutare a capire le cose questo e’ un tipico diagramma coefficiente di portanza-angolo di incidenza (la curva Cl-alfa) di un profilo (in questo caso un NACA 63-212).

Si possono osservare varie cose:

- il diagramma non passa per l’origine (cioe’ se alfa e 0 la portanza non e’ 0)

- il coefficiente di portanza diventa negativo per angoli non molto grandi (circa 3 gradi)

- la curva evidenzia un massimo del Cl negativo inferiore di quello positivo (lo stallo avviene prima per angoli negativi)

- la curva non e’ una sola, ma cambia (soprattutto per angoli elevati) al variare del numero di Reynolds

 

In soldoni le cose stanno cosi’:

una distibuzione di spessori con una linea media rettilinea (profilo simmetrico) porta a una distribuzione di questo tipo...

 

 

Incurvando la linea media (e quindi rendendo piu’ panciuto il dorso e piu’ piatto il ventre) la curva si sposta verso l’alto e non passa piu’ per l’origine (mentre il Cl max positivo aumenta a discapito di quello negativo).

In generale tutti i profili si possono vedere come un'opportuna distribuzione di spessori su una linea media opportunamente incurvata..

Modificato 27 Settembre 2007 da Flaggy

[Takumi_Fujiwara]

Consolati...Meno male che hai messo il secondo grafico dell'ala simmetrica perché stavano per partire altri rafficoni di domande eehhe.

 

Grazie,mooooolto,ma mooooolto più chiaro così

[ice-man]

ritiro in ballo questa discussione per cercare di chiarire un dubbio che mi assilla.

 

Quest'anno ho iniziato il mio percorso come ingegnere aerospaziale e l'altro giorno abbiamo fatto una lezione di tre ore sulla portanza. Io avevo una insignificante idea di cosa fosse la portanza ma il professore con le sue parole mi ha fatto capire che cannavo.

 

In pratica ci è stato detto che la portanza dipende da una differenza di pressione tra dorso e ventre dell'ala (e fino a qui anche in internet tutti dicono la stessa cosa). Il punto è che questa differenza non è dovuta al fatto che una particella di aria che passa sul dorso deve percorrere più spazio mentre quella sul ventre deve percorrerne di meno.

Ora la spiegazione che ci ha dato il prof la postero se serve più avanti (visto che dovrò fare dei disegnini che a parole è impossibile da descrivere ma siccome so che qui ci sono delle personi capaci mi chiedo: chi ha ragione?

 

Perchè da come ci ha spiegato il prof spiegazioni di QUESTO tipo sono sbagliate. Ditemi voi.

[-{-Legolas-}-]

Aiuta questo link?

 

http://spazioinwind.libero.it/voloreale/se...co_portanza.htm

 

oppure qua

 

http://www.manualedivololibero.com/aerodin/aerodin04.asp

 

http://www.manualedivololibero.com/aerodin/NotaFisica.asp

Modificato 13 Marzo 2009 da -{-Legolas-}-

[Irkut]

Dal sito della NASA:

 

"Summary

 

Lift and drag are mechanical forces generated on the surface of an object as it interacts with a fluid. The net fluid force is generated by the pressure acting over the entire surface of a closed body. The pressure varies around a body in a moving fluid because it is related to the fluid momentum (mass times velocity). The velocity varies around the body because of the flow deflection described above."

 

Deflessione del flusso ---> variazione di velocità ----> variazione di pressione ----> variazione dell'integrale delle pressioni sulla superficie ---> generazione di portanza e (parte della) resistenza.

 

(http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/right2.html)

 

La spiegazione delle particelle che devono percorrere più spazio è utile qualitativamente, ma non corretta fisicamente. E' un po' come quando si dice che la massa (nella teoria della relatività) incurva lo spazio come una pallina incurva una rete tesa. Sono esempi ad impatto che però non hanno nulla a che vedere con la fisica del problema.

 

Comunque per me la cosa migliore per capire la portanza rimane mettere la mano fuori dal finestrino in autostrada.

 

Tra l'altro, per quanto ne so e mi ricordo, la portanza su un ala è data molto più dalla depressione sul dorso che non dalla compressione sul ventre, nel senso che numericamente il contributo del dorso è molto più elevato.

 

rollo

[ice-man]

grazie mille per le risposte utilissime. Comunque ho capito la differenza tra quello ceh sapevo io e da quello insegnatomi dal prof. Quello che sapevo io (e quello riportato in tantissimi siti compresi quelli linkati da legolas) riportano una spiegazione semplificata di quello che avviene nella realtà. Perchè se per esempio prendiamo un profilo piatto (senza nessuna curvatura) non c'è bernoulli che tenga perchè la spiegazione non la si riesce a dare. Insomma la storiella delle particelle che percorrono spazi di lunghezza differenza viene a cadere e così cade tutta la teoria.

 

La spiegazione fisica vera e corretta invece è che il flusso investe il profilo. Il profilo devia la traiettoria delle particelle. Le particelle in quanto subiscono una deviazione di traiettoria sono soggette ad una forza verso il basso (prendendo come riferimento un volo orizzontale). Questa forza che investe ogni singola particella è causata da una differenza di pressione presente sulle "facce" di ogni singola particella.

Questo comporta che il dorso dell'ala presenterà un pressione minore mentre il ventre una pressione maggiore in quanto la forza con cui vengono deviate le particelle ha direzione e verso uguale alla forza peso.

 

Confermo inoltre quanto detto da rollo che la differenza di pressione sul dorso rispetto a quella atmosferica è molto ma molto maggiore rispetto a quella che si viene a creare sul ventre.

 

Grazie mille a tutti finalmente i miei dubbi si sono chiariti

Modificato 13 Marzo 2009 da ice-man

[Bostik]

ritiro in ballo questa discussione per cercare di chiarire un dubbio che mi assilla.

 

Quest'anno ho iniziato il mio percorso come ingegnere aerospaziale e l'altro giorno abbiamo fatto una lezione di tre ore sulla portanza. Io avevo una insignificante idea di cosa fosse la portanza ma il professore con le sue parole mi ha fatto capire che cannavo.

 

In pratica ci è stato detto che la portanza dipende da una differenza di pressione tra dorso e ventre dell'ala (e fino a qui anche in internet tutti dicono la stessa cosa). Il punto è che questa differenza non è dovuta al fatto che una particella di aria che passa sul dorso deve percorrere più spazio mentre quella sul ventre deve percorrerne di meno.

Ora la spiegazione che ci ha dato il prof la postero se serve più avanti (visto che dovrò fare dei disegnini che a parole è impossibile da descrivere ma siccome so che qui ci sono delle personi capaci mi chiedo: chi ha ragione?

 

Perchè da come ci ha spiegato il prof spiegazioni di QUESTO tipo sono sbagliate. Ditemi voi.

a portanza è creata da 1/4 di pressione e 3/4 di deperssione e con il teorema di bernoulli viene dimostrata anche la teoria delle 2 particelle d'aria quella che passa sull'intradosso(parte superiore della superfice alare) è più veloce e deve percorrere ina velocità maggiore mentre quella che passa sull'estradosso percorre meno strada ed è più lenta

[ice-man]

si infatti il mio dubbio era che una delle due teorie fosse sbagliata (visto che il prof me ne diceva una ma su internet si trova praticamente solo quella di bernoulli) e alla fine ho capito che quella riportata da tutti è una teoria semplificata per far capire la portanza ad impatto mentre quella detta dal prof è una spiegazione più precisa e giusta.

 

Cmq grazie mille

[Simone]

Che fine hanno fatto i Topic sull'aerodinamica in generale, come "resistenza indotta" e similari? Utilizzando la funzione Cerca non risulta nulla, purtroppo. Non vorrei siano stati cancellati automaticamente

[Thor]

solo per essere precisi... la maggior parte della portanza è data dall'effetto Bernulli che agisce sull'ala, ma c'è anche una piccola parte di portanza creata dalla deflessione del fluido... causata dalla curvatura dell'ala.. quindi se ad ogni azione corrisponde una reazione c'è anche una forza che agisce sull'ala derivata da questa flessione verso il basso del flusso, e visto che la flessione è verso il basso, la forza derivata e agente sull'ala è rivolta verso l'alto.

poi.. non è vero che un'aereo non può volare per molto tempo in volo rovescio... se non è possibile è solo per un limite umano....

[solid_ita]

a portanza è creata da 1/4 di pressione e 3/4 di deperssione e con il teorema di bernoulli viene dimostrata anche la teoria delle 2 particelle d'aria quella che passa sull'intradosso(parte superiore della superfice alare) è più veloce e deve percorrere ina velocità maggiore mentre quella che passa sull'estradosso percorre meno strada ed è più lenta

 

Ma perchè nella parte superiore dell'ala (dove abbiamo un percorso più lungo) la Velocità dell' aria è maggiore,

mentre nella parte inferiore (dove abbiamo un percorso più breve) la velocità dell' aria è minore? E' per via della pressione? (Sono un' ansia è vero).

E' vero che fa riferimento al tubo di Venturi, ma in questo caso abiamo solo un profilo aerodinamico e non due come viene mostrato in questa figura:

http://spazioinwind.libero.it/voloreale/settore_esperti/images2/portanza_4.jpg

[Flaggy]

La velocità aumenta perché la portata d'aria è costante.

Se riduci la sezione in cui far passare una certa quantità di aria, necessariamente nel punto più stretto quella stessa aria deve accelerare.

Tante molecole passano dove c’è spazio, altrettante ne devono passare dove ce n’è di meno.

Sul dorso alare la sezione disponibile si riduce, l’aria deve accelerare e l’accelerazione viene ottenuta a spese della pressione che cala.

In effetti:

 

Pressione + 1/2 densità x velocitಠ= COST

 

Un aumento della velocità fa aumentare il secondo addendo. Ne segue che il primo, la pressione, deve calare.

Anche se quello che succede sopra l’ala rappresenta per così dire metà del tubo di Venturi, il concetto non cambia: sul dorso l’aria si incurva e segue il profilo, ma lontano da questo “tira via dritto”: la sezione quindi si stringe.

Anche qui, in rete trovi di tutto e di più e questa è necessariamente solo una grossolana sintesi di concetti molto più complessi. Basta cercare per approfondire fin dove si vuole.