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soluzione aereodinamica migliore

lorenzoneri

Utente poco attivo
Professione: dottorando in fisica
Software: matlab
Regione: Sicilia
#1
ciao a tutti
sono nuovo del forum,
in passato ho provato più volte ad apprendere l'uso di qualche programma di cfd, ma con scarsi risultati.

avrei una domanda alla quale probabilmente esperti come voi potranno rispondere senza neanche aprire il programma di cfd.

sono un modellista di barche radiocomandate,
in particolare quelle che vengono chiamate hydro,
come vedete nelle foto allegate sono constituite da un corpo centrale e da due scarponi laterali.
in planata i punti di appoggio sono soltanto le estremità degli scarponi e dello speccio di poppa, che sprofondano soltanto di qualche millimetro.
la mia domanda è, quale è la migliore configurazione aereodinamica degli scarponi?
ci sono due scuole di pensiero, quella della foto A (scafo bianco)
e quella della foto B con la "coda" all'insù (scafo in legno).
considerate che viaggiano a 80Km/h su di una superfice ferma (l'acqua)
quello che interessa è la minore resistenza possibile all'avanzamento.

Grazie anticipatamente,
Lorenzo
 

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thor105

Utente Standard
Professione: Responsabile di Ufficio Tecnico
Software: Pro-E
Regione: Toscana
#2
Da ingegnere aerospaziale posso assicurarti che non esiste una soluzione migliore a prescindere, perché una soluzione che fornisce meno resistenza all'avanzamento, mantenendola però stabile sull'acuqua probabilmente la rende contemporaneamente poco manovrabile, mentre una che invece fa sì che la barca sia molto manovrabile rischia di renderla magari troppo sensibile alle scie o alle perturbazioni in genere. Bisogna vedere il campo in cui si deve cimentare la barca e far quindi uno scafo apposito. Ed è uni dei motivi per cui, nonostante le molte simulazioni CFD, le macchine di Formula 1 hanno tutte prestazioni diverse.
 

lorenzoneri

Utente poco attivo
Professione: dottorando in fisica
Software: matlab
Regione: Sicilia
#3
innanzitutto grazie della rapida risposta ad un novellino come me.
io penso che bisogna affrontare una cosa alla volta,
cercare di capire perchè funziona è la mia passione più grande,
ancora di più che realizzarla e vederla correre.
io penso che bisogna affrontare una cosa alla volta,
se gli strumenti del cfd mi permettono di diminuire la resistenza con l'aria,
questa è una cosa che si può calcolare,
gli effetti negativi dinamici di stabilità sono un rischio che va considerato,
in genere ti dico che l'assetto e la stabilità di barche come queste sono dati
dalla distribuzione dei pesi, dalle appendici che toccano l'acqua e dalla spinta di motore timone e pinna.

in questo momento mi piacerebbe sapere quale soluzione aerodinamicamente è migliore, se la soluzione migliore mi porterà altri scompensi, si possono recuperare cambiando altre cose nella barca.

sono d'accordo non esiste una soluzione migliore in assoluto,
io vi chiedo soltanto quale è la soluzione che offre meno resistenza all'avanzamento.

grazie,
questo è un argomento che mi piace moltissimo,
Lorenzo
 
Professione: Ingegnere
Software: Alcuni, ma non tutti
Regione: Campania
#4
Non sono un esperto, ma direi che gli elementi che riducono le prestazioni aerodinamiche sono fondamentalmente tre:
- cross section, ovvero la sezione massima (ortogonale all'avanzamento). Più è piccola, minore sarà la resistenza
- parte davanti che "apre l'aria". Più è a punta, più si riduce la pressione di ristagno dell'aria che si ferma davanti
- parte dietro che "chiude l'aria". Più è a punta, più si riducono i vortici che risucchiano la barca da dietro. Qui ci vogliono anche superfici nette, non arrotondate, per staccare i filetti fluidi.

A dire il vero i trimarani tre punti (che non sono quelli che dici tu, ma ci assomigliano) che ho visto, di solito sono abbastanza diversi, tipo l'Arcidiavolo di Sarnico. Hanno un monocarena planante dietro, con almeno due ordini di pattini, e due scarponi avanti con pattini e step. Tutti questi elementi riducono l'attrito con l'acqua nei vari contatti tra questa e la carena.

P.S.
ma gli "hydro" non dovrebbero anche volare?
 

thor105

Utente Standard
Professione: Responsabile di Ufficio Tecnico
Software: Pro-E
Regione: Toscana
#5
innanzitutto grazie della rapida risposta ad un novellino come me.
io penso che bisogna affrontare una cosa alla volta,
cercare di capire perchè funziona è la mia passione più grande,
ancora di più che realizzarla e vederla correre.
io penso che bisogna affrontare una cosa alla volta,
se gli strumenti del cfd mi permettono di diminuire la resistenza con l'aria,
questa è una cosa che si può calcolare,
gli effetti negativi dinamici di stabilità sono un rischio che va considerato,
in genere ti dico che l'assetto e la stabilità di barche come queste sono dati
dalla distribuzione dei pesi, dalle appendici che toccano l'acqua e dalla spinta di motore timone e pinna.

in questo momento mi piacerebbe sapere quale soluzione aerodinamicamente è migliore, se la soluzione migliore mi porterà altri scompensi, si possono recuperare cambiando altre cose nella barca.

sono d'accordo non esiste una soluzione migliore in assoluto,
io vi chiedo soltanto quale è la soluzione che offre meno resistenza all'avanzamento.

grazie,
questo è un argomento che mi piace moltissimo,
Lorenzo
Ti dimentichi che sulla barca agisce anche la forza di portanza (o deportanza in questo caso) che fa sì che la barca abbia una corretta penetrazione della carena in acqua. E c'è anche un altro "errore" di base, ovvero quello di considerare l'acqua come un fluido fermo rispetto alla barca. A parte il fatto che in genere nelle simulazioni CFD (così come in quelle di galleria del vento) si considera fermo l'oggetto ed il fluido in moto, c'è anche da tener conto che il corpo non è immerso in un unico fluido omogeneo, ma è a contatto con due fluidi diversi (acqua ed aria) che sono in contatto tra loro. Questo genera un sistema d'onde che modifica sostanzialmente il campo fluidodinamico. Questa cosa può sembrar di poco conto, ma aveva creato non pochi problemi nello studio della fluidodinamica del primo Mascalzone Latino, a cui aveva partecipato un mio professore di Aerodinamica ed un gruppo di miei ex colleghi universitari che fanno consulenza anche per Ferrari (per farti capire che non sono i primi arrivati). Purtroppo l'aerodinamica difficilmente permette di dar risposte semplici, specialmente quando si cerca di andar a lesinare sui decimi di secondo.
Comunque cercherò di darti per quanto possibile una linea guida che può esser seguita sempre.
Nelle barche la resistenza aerodinamica è data: resistenza di forma, resistenza di scia, resistenza indotta, effetto di massa aggiunta, resistenza dovuta al sistema ondoso.
Visto che l'effetto di massa aggiunta non è prettamente aerodinamico, ma è un effetto "secondario" e che la resistenza del sistema ondoso non è facilmente determinabile; direi che qualunque forma delle diverse appendici, permetta di ridurre la resistenza, di forma e quella di scia, può esser considerata una buona scelta.
Questa però è la classica risposta che avrebbe dato anche Monssieur De Lapalisse.
 

lorenzoneri

Utente poco attivo
Professione: dottorando in fisica
Software: matlab
Regione: Sicilia
#6
sono d'acordo con quanto hai elencato,
ma non so come considerare il flusso dietro lo scarpone,
in quanto bisogna considerare che sotto lo scarpone non passa aria e dietro di esso c'è una zona di depressione,
forse la coda all'insu ha il compito di occupare questa zona che è di depressione e raccogliere dalle pareti l'aria per riportarla dietro lo scarpone limitando la depressione.

Lorenzo
 

lorenzoneri

Utente poco attivo
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Regione: Sicilia
#7
direi che qualunque forma delle diverse appendici, permetta di ridurre la resistenza, di forma e quella di scia, può esser considerata una buona scelta.
Questa però è la classica risposta che avrebbe dato anche Monssieur De Lapalisse.
ho letto su internet le definizioni delle resistenze citate,
a quanto ho capito per ridurre la resistenza di forma devo fare la punta allo scarpone e non una superficie arrotondata,
e per la resistenza di scia forse potrebbe essere utile quella coda all'insù.

cosa ne dite?

Lorenzo
 

thor105

Utente Standard
Professione: Responsabile di Ufficio Tecnico
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Regione: Toscana
#8
ho letto su internet le definizioni delle resistenze citate,
a quanto ho capito per ridurre la resistenza di forma devo fare la punta allo scarpone e non una superficie arrotondata,
e per la resistenza di scia forse potrebbe essere utile quella coda all'insù.

cosa ne dite?

Lorenzo
Per la resistenza di scia non è importante solo il bordo di uscita del profilo, ma anche il bordo d'attacco ed il rapporto tra sezione trasversale e corda del profilo, questo per un discorso di distacco dello strato limite dal profilo con conseguente enorme aumento della resistenza di scia.
Parlare di distacco dello S.L. per le barche può sembrar fuori luogo, viste le velocità in gioco, ma tenendo conto che dipende dalla pressione dinamica e quindi dalla velocità, ma anche dalla densità del fluido. Visto che l'acqua ha una densità 10 volte maggiore dell'aria, questo vuol dire che per avere le stesse condizioni di pressione dinamica basta che la velocità sia il 30% di quella nel caso dell'aria.
So di generare più domande di quanto risposte dia, ma purtroppo la materia non è affatto semplice.
Navier-Stokes croce e delizia degli studenti di ingegneria aerospaziale di tutto il mondo.

Comunque proprio per la densità maggiore dell'acqua, cercherei di ridurre il più possibile la resistenza della parte immersa, se ci riuscissi la riduzione sarebbe senza dubbio più consistente.
 

Er Presidente

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Regione: Italia
#9
Velocemente, prima del coffi!
Dentro l'acqua la resistenza di scia e quella di forma devono trovare un equilibrio che e' diverso che nel'aria.
Morale puo' succedere che una coda "tronca" riduca la superficie "bagnata" e sia vantaggiosa rispetto ad una coda affusolata, che migliorerebbe la scia, ma probabilmente non abbastanza da compensare gli svantaggi dell'aumento della superficie bagnata.
Nell'aria potrebbe succedere l'inverso e allora il "becco" potrebbe servire a migliorare la scia nell'aria senza "inficiare" i vantagggi della coda tronca nell'acqua.

Tutto "a braccio" e con il beneficio "d'inventario2.

ciao
 

lorenzoneri

Utente poco attivo
Professione: dottorando in fisica
Software: matlab
Regione: Sicilia
#10
deduco dalle vostre considerazioni che la situazione è grandemente incasinata.

ne deduco due possibili soluzioni:
1. mi insegnate a usare un programma di cfd e faccio le simulazioni delle varie configurazioni.
2. realizzo la mia nuova barca con lo scarpone senza coda, e poi dopo aver messo a punto la barca ne realizzo una coda da sovrapporre allo scarpone in modo da considerare gli effetti aerodinamici.

che ne dite?

adesso però vi chiedo di rispondermi soltanto ad una domanda secca,
le punte degli scarponi e la punta della fusoliera centrale, le devo fare appuntite o arrotondate come la parte frontale di un profilo alare?

rispondetemi a mo di sondaggio, a punta o rotondeggiante.

Grazie a tutti per le interessanti considerazioni,
sono ancora molto interessato alle discussioni teoriche, ma devo iniziare la costruzione quindi opterei per la soluzione 2, di aggiungere in un secondo momento l'appendice supplementare, se volete fare altre considerazioni teoriche o volete aiutarmi a simulare il tutto vi sarò grato.

Ciao,
Lorenzo
 
Professione: Ingegnere
Software: Alcuni, ma non tutti
Regione: Campania
#11
secondo me a punta è meglio, l'importante però e che non si incunei nell'acqua. Il bordo d'attacco del profilo alare comunque non ha alcuna attinenza col problema.

Ma posso chiederti come mai questi oggetti non hanno chiglia? Chi li convince ad andare dritti?

Comunque in linea di massima, per aumentare il sostentamento idrodinamico, ridurre la superficie bagnata, sfruttare meglio l'energia residua degli "spruzzi", più tante altre amenità, l'ideale è usare PATTINI e STEP come nella figura allegata.

Tieni conto che i pattini devono essere due per lato. Metterne quattro come in figura aiuta strutturalmente il fondo, ma non ha praticamente efficacia idrodinamica
 

Allegati

lorenzoneri

Utente poco attivo
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Regione: Sicilia
#12
dritti ci vanno grazie alla pala del timone e grazie grazie a una pinna sullo scarpone di destra.

potrei fare un pattino per lato all'estremità esterna,
grazie,
potrebbe essere un'idea.