Presa dinamica

Presa dinamica
Istituto Tecnico “G. P. Chironi” - Nuoro - A.S. 2012/2013
Insegnamento di
Aerotecnica e Costruzioni Aeronautiche
Prof. Giuliano Deledda
Ad uso didattico
Settore
Tecnologico – Indirizzo Trasporti e Logistica
Prof. Giuliano
Deledda
Articolazione Conduzione del Mezzo - Opzione Conduzione del mezzo Aereo
Presa dinamica: generalità
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La presa dinamica (in inglese inlet o air intake) è il primo
componente che il flusso d'aria incontra nella sua evoluzione all'interno del propulsore.
Il compito della presa dinamica è quello di preparare adeguatamente il flusso in modo che possa essere poi elaborato
dal compressore. Nel caso del ramjet, il flusso assume condizioni idonee all'immissione diretta in camera di combustione.
I compiti principali sono:
–
Rallentare il flusso dal Mach di crociera fino a M = 0.4 ÷ 0.5;
–
Aumentare la pressione.
Ad uso didattico
Prof. Giuliano Deledda
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Presa dinamica: generalità
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La presa dinamica presenta caratteristiche differenti a seconda che elabori un flusso subsonico o supersonico. Nel
proseguo saranno studiate solamente le prese d'aria subsoniche in condizioni ideali.
Dal punto di vista generale, si tratta di un condotto dove
fluisce, in condizioni stazione, una portata d'aria adeguata
alle richieste del propulsore. Nel caso subsonico consiste in
un condotto divergente.
Le condizioni di progetto della presa dinamica sono quelle
relative al volo di crociera dell'aereo in termini di quota e
Mach.
Ad uso didattico
Prof. Giuliano Deledda
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Presa dinamica: geometria
0
1
Schema della presa dinamica
0
1
Compressore
a
M0
T
Ad uso didattico
p1
T1
1
T0
0
Prof. Giuliano Deledda
p0
S
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Presa dinamica: modello
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Per poter effettuare delle valutazioni numeriche partiamo
dalle seguenti considerazioni:
–
Modello di atmosfera standard per la determinazione delle condizioni in quota;
–
Sezione di cattura pari alla sezione d'ingresso: in questo modo il
Mach di crociera coincide con quello in ingresso alla presa d'aria;
–
Ipotesi forte: Il flusso in uscita dalla presa dinamica è quasi fermo,
quindi, le condizioni di pressione e temperatura corrispondono a
quelle di ristagno;
–
Il rallentamento del flusso nella presa d'aria è una trasformazione
isentropica.
Ad uso didattico
Prof. Giuliano Deledda
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Presa dinamica: calcolo delle prestazioni
Compressore
a
Sezione di cattura
0
1
T
p1
T1
1
T0
0
p0
S
Sezione d'ingresso
Sezione d'uscita
Ad uso didattico
Prof. Giuliano Deledda
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Presa dinamica: calcolo delle prestazioni
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●
Per calcolare le prestazioni occorre determinare pressione e temperatura nelle
stazioni “0” e “1”.
Condizioni nella stazione “0”:
–
●
Dalla quota di volo si determinano pressione e temperatura (statiche);
Condizioni nella stazione “1”:
–
Dalla conservazione dell'energia totale si
calcola la temperatura (di ristagno) al Mach
di volo ;
–
Nell'ipotesi di rallentamento isentropico si
calcola la pressione.
Ad uso didattico
Prof. Giuliano Deledda
T
p1
T1
1
T0
0
p0
S
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Presa dinamica: calcolo delle prestazioni
Esempio:
Studiare una presa dinamica subsonica che operi in condizioni di progetto alla quota di 6000 m e M = 0.85 la quale
sia in grado di elaborare una portata di 100 kg/s d'aria.
Condizioni in quota:
Dalle tabelle dell'aria tipo si ha:
Temperatura = -24.0 °C (249,15 K)
Pressione = 472,2 mbar
Densità = 0,66 kg/m3
Ad uso didattico
T
T0 =
p0 =
249,15 K
472,2 mbar
ρ0 =
0,66 kg / m3
Prof. Giuliano Deledda
p1
T1
1
T0
0
p0
S
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Presa dinamica: calcolo delle prestazioni
Condizioni in uscita dalla presa dinamica:
T1
γ−1 2
=1+
⋅M 0 →T 1
T0
2
( )
p1
T1
=
p0
T0
γ
γ−1
T
→ p1
T 1 = 285,15 K
p 1 = 757,3 mbar
Ad uso didattico
Prof. Giuliano Deledda
p1
T1
1
T0
0
p0
S
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Presa dinamica: esercizi proposti
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Lo studente rimuova l'ipotesi forte e consideri il flusso in
uscita dalla presa d'aria con M = 0.4. Calcolare la
temperatura e la velocità all'ingresso del compressore:
Suggerimento: La temperatura di ristagno rappresenta l'energia
totale del flusso che non varia all'interno del componente.
(Risposte: T1 = 276,4 K, V1 = 133.3 m/s)
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Determinare l'area d'ingresso della presa dinamica.
Suggerimento: Si ricordi l'espressione della portata in massa.
(Risposte: A1 = 0,563 m2)
Ad uso didattico
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Presa dinamica: quesiti proposti
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Caratterizzare la presa dinamica in termini di posizione rispetto agli altri componenti del motore e funzione.
Illustrare il modello matematico che è stato adottato per
studiare la presa dinamica.
Illustrare l'ipotesi forte formulata per studiare la presa
d'aria e spiegare cosa comporta.
Tracciare nel piano s-T l'evoluzione del flusso attraverso la
presa dinamica.
Ad uso didattico
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