Capitolo 2

Le gallerie del vento automobilistiche

Le gallerie del vento sono realizzate allo scopo di studiare il comportamento fluidodinamico degli oggetti più svariati in scala ridotta o in dimensioni reali. Tali impianti riproducono in laboratorio le condizioni della corrente che incontrerà quel determinato oggetto durante la sua vita utile, con il grande vantaggio di poter utilizzare apparecchiature di misura collegate direttamente ad esso.

L’utilizzo delle gallerie del vento si basa sull’impiego del principio di reciprocità o di relatività galileiana. Tale principio sostiene [4] che le azioni fluidodinamiche esercitate su un fluido, in movimento con una velocità V(vettore), sono le stesse sia se si considera il corpo in movimento e il fluido in quiete sia se si considera il corpo in quiete investito da un fluido in possesso di una velocità -V(vettore), quindi avente la stessa velocità, ma avente verso opposto.

È fondamentale l’utilizzo delle gallerie in campo aeronautico e automobilistico, ma utile è anche in campi apparentemente estranei ad esse.

Le gallerie del vento [5] sono formate da grandi condotti di varia sezione, entro cui scorre la corrente d’aria alle velocità e alle densità prescelte, con spostamento della massa d’aria dovuto a grandi ventilatori.

Esistono diversi tipi di gallerie, a seconda delle caratteristiche costruttive e di funzionamento. Vi sono gallerie subsoniche, transoniche e supersoniche, a seconda che il numero di Mach del flusso prodotto sia maggiore, uguale o minore dell’unità. Vi sono gallerie a circuito aperto o chiuso. Nelle prime l’aria viene aspirata dall’atmosfera, inviata alla cella delle misurazioni e poi riversata nuovamente nell’atmosfera; nelle gallerie a circuito chiuso la corrente, dopo il passaggio nella camera di prova, viene rimesso in circolo con un unico condotto di ritorno o con un ritorno sdoppiato, rendendo così la corrente indipendente dalle condizioni atmosferiche.

Le gallerie possono avere camera di prova aperta o chiusa ed esistono, inoltre, gallerie per scopi speciali come gallerie climatiche, pressurizzate, idrodinamiche, etc.

Alcuni parametri caratteristici che contraddistinguono tali impianti sono: la sezione utile della camera di prova, la velocità massima della corrente, il grado di uniformità della corrente, il livello di turbolenza e il rumore elettromagnetico generato dal motore. All’interno della varietà di configurazioni e di impostazioni delle gallerie del vento, quelle per prove su autoveicoli occupano un campo ben definito e omogeneo per caratteristiche prestazioni e architettura.

In campo automobilistico, la sperimentazione aerodinamica esplica il suo contributo in tre fasi [6]:

• Indagine preliminare. Avviene su modelli in scala ridotta (solitamente 1:5) oppure a grandezza naturale ed è volta ad una prima definizione dei coefficienti aerodinamici, relazione alle specifiche del progetto di base. Attualmente si studiano anche delle cosiddette ‘forme base’ che servono come punto di partenza per lo sviluppo dei nuovi modelli.
• Indagine approfondita. Avviene quasi sempre in scala 1:1 ed è volta all’ottimizzazione di quei particolari osservabili solo a grandezza naturale, quali: gocciolatoi, spoiler, forma del pianale, specchietti e spatole del tergicristallo. In questa fase è inoltre possibile compiere rilevamenti che sarebbero impossibili su modelli in scala, a causa delle ridotte dimensioni e della diversità del numero di Reynolds; si osservano, infatti, il campo di pressione sulla superficie del veicolo e l’andamento della corrente fluida attorno ad esso, con la conseguente possibilità di evidenziare zone di sporcamento e di ristagno dell’acqua.
• Prove sul prototipo. Avvengono, ovviamente, in scala naturale e portano alla valutazione del comportamento aerodinamico del veicolo funzionante, nella sua configurazione definitiva. Nell’ambito di queste prove si rilevano anche la rumorosità aerodinamica all’interno e all’esterno del veicolo, il corretto funzionamento e posizionamento delle prese d’aria e l’andamento degli scarichi uscenti dallo scappamento, nonché l’effettiva funzionalità degli impianti di raffreddamento del motore e di climatizzazione dell’abitacolo. In quest’ultimo caso, è necessario che la galleria sia provvista anche di rulli dinamometrici, per permettere prove anche con veicolo in moto.

Per rendere possibili queste indagini e per poterle effettuare nel migliore dei modi, si è giunti, con l’esperienza, alla definizione della forma tipica per una galleria del vento automobilistica. Tale forma non è assolutamente codificata ne standardizzata, ma è il risultato di successive ottimizzazioni volte ad ottenere risultati il più possibile consistenti e riproducibili. Al giorno d’oggi, tutti i maggiori costruttori di automobili sono dotati di gallerie del vento nelle quali sia possibile provare modelli in scala 1:1. Ciò porta ad avere impianti di notevoli potenze e dimensioni.

Le gallerie del vento automobilistiche sono di solito del tipo ‘Gottinga’ a circuito di ritorno chiuso, nel quale è inserita la ventola. Tale circuito chiuso funge anche da diffusore, avendo le pareti ad andamento divergente. La camera di prova più usuale è di tipo a getto aperto su tre lati (3/4 open jet), che unisce il vantaggio di dare una camera di prova aperta, in modo da evitare inconvenienti dovuti al bloccaggio solido, e di avere un pavimento sul quale appoggiare la vettura.

Il getto proviene da un ugello che ha, invece, tutti le superfici variabili, a monte del quale si posizionano le reti e i nidi d’ape che devono uniformare la velocità. A valle, oltre la camera di prova, vi è un collettore che raccoglie il getto che si è allargato e lo rimette nel circuito. Tali gallerie sono dotate di un impianto per la rimozione dello strato limite.

Nel seguito verrà eseguita una breve descrizione dei componenti che risultano determinanti per la qualità del campo di moto e che caratterizzano tali tipi di impianti.

Per ulteriori approfondimenti si veda [5].

2.1 Il convergente

In generale, i convergenti adottati presentano rapporti di contrazione diversi, comunque mai inferiori a 3,5:1. Essi sono preceduti, almeno negli impianti più recenti, da un diffusore rapido ad alto angolo di apertura. Questo componente permette alla corrente di recuperare tutta l’energia di pressione dall’energia cinetica, provocando un deciso rallentamento della corrente, che passerà così a bassa velocità, e dunque con basse perdite di carico, attraverso gli uniformizzatori di velocità disposti nella camera di riposo.

I convergenti a forte rapporto di contrazione danno in uscita, ovvero in camera di prova, un flusso a bassa turbolenza, ma danno luogo a grossi problemi di ordine costruttivo, in quanto elevati rapporti di area presuppongono spazi molto estesi. Si cerca perciò un compromesso tra i requisiti a cui ci si vuole attenere, in termini di qualità di flusso, e le altre esigenze di carattere economico - realizzativo.

L’abbassamento del livello di turbolenza avviene in seguito alla forte accelerazione cui viene sottoposta la corrente: la disuniformità della velocità in uscita diminuisce all’aumentare del rapporto delle aree. È fondamentale ricordare, in proposito, che il convergente e le parti a monte dello stesso danno un forte contributo alla riduzione di due effetti peggiorativi delle caratteristiche della vena fluida: livello di turbolenza ed angolarità del flusso. È il convergente che dà al flusso la rifinitura finale, diminuendo i due parametri ai livelli richiesti. I parametri fondamentali nello studio di un convergente sono (cf. figura 2.1):

• il rapporto delle aree CR, contraction ratio, definito come rapporto tra area di ingresso A₁ ed area di uscita A₂

CR=A₁/A₂

• la lunghezza L del convergente, adimensionalizzata rispetto al diametro di ingresso; i parametri geometrici che lo caratterizzano.

Figura 2.1 Parametri del convergente

La posizione del flesso è il parametro utilizzato tipicamente per individuare la geometria del contorno; in genere, come equazioni del contorno sono usati polinomi complessi quali due cubiche raccordate oppure polinomi di quinto grado.

È generalmente più facile costruire un convergente anziché un divergente, poiché nel primo la pressione diminuisce e non c’è quindi il rischio di separazione dello strato limite. Nonostante ciò, dato che la corrente in uscita dal convergente investe direttamente la camera di prova, occorre prestare la massima attenzione nella progettazione di detto componente. In particolare si devono controllare e minimizzare due fenomeni:

• la nascita di un gradiente avverso di pressione in vicinanza di parete;
• la nascita dei flussi secondari in corrispondenza degli spigoli.

Dalla teoria è noto che i gradienti di pressione a parete, all’ingresso ed all’uscita del convergente, sono di segno opposto ed il più pericoloso risulta essere quello all’ingresso (Dp>0). Il miglior flusso in uscita, in termini di uniformità e turbolenza, e con bassi spessori di strato limite, si ottiene progettando il convergente con il metodo di Morel, che prevede una geometria a cubiche raccordate definita in virtù del rapporto di contrazione e del punto di flesso.

Per quanto riguarda la lunghezza del convergente, è vero che quanto più essa è elevata tanto più uniforme è il flusso in uscita, ma dal suo valore dipende l’aumento di spessore dello strato limite, ed in ultima analisi la turbolenza in camera di prova. Risulta pertanto più conveniente costruire convergenti corti, anche perché a monte del convergente si trova la camera di riposo, nella quale come già ricordato, reti ed honeycombs provvedono ad uniformare il flusso.

2.2 La camera di prova

Come già ricordato, la tipica camera di prova per la sperimentazione automobilistica è a getto aperto su tre lati. Questa configurazione presenta indubbi vantaggi, specialmente perché consente di evitare il fenomeno del bloccaggio solido, che porta a misure falsate a causa del galleggiamento orizzontale cui è soggetta una vettura in presenza di un forte gradiente longitudinale di pressione statica.

Un rapporto tra area frontale del veicolo ed area della sezione di prova non sufficientemente elevato dà luogo ad un sensibile restringimento del tubo di flusso attorno alla vettura. Ciò fa sì che la velocità della corrente aumenti con conseguente diminuzione di pressione.

Nel caso di utilizzo di camere di prova chiuse, il fenomeno del bloccaggio solido fa si che le linee di corrente più lontane dal corpo non possano seguire il loro andamento naturale, essendo costrette dalle pareti ad allinearsi, con un ulteriore aumento di velocità del flusso attorno al corpo in esame. Ciò si ripercuote sulla distribuzione di pressione sul corpo e porta a misure di resistenza completamente diverse da quanto si verifica nella realtà, dove il veicolo si muove in un ambiente non confinato e il fenomeno del bloccaggio solido non si presenta. Nell’utilizzo di camere di prova chiuse, per correggere i risultati influenzati dal fenomeno descritto, si deve infatti ricorrere al metodo delle immagini, che simula l’effetto della presenza sulle pareti.

Le camere di prova chiuse devono essere molto più grandi del modello da provare per non interferire con esso e con la sua scia; ne deriva un impianto energeticamente ed economicamente gravoso, specie per la sperimentazione automobilistica in scala 1:1.

Nelle camere di prova a getto aperto la realtà viene sufficientemente prodotta in modo preciso, ma con alcuni vantaggi, rispetto al tipo chiuso, quali:

• perdite di carico, dovute al non sempre perfetto funzionamento del collettore, che deve raccogliere a notevole distanza un getto che è già considerevolmente dilatato;
• crescita eccessiva delle zone di mescolamento, con influenza su modelli particolarmente allungati; perdite eccessive di potenza e possibili fenomeni di pulsazione del flusso (effetto canna d’organo);
• notevole sensibilità alle variazioni di pressione dell’ambiente esterno, con livelli di turbolenza particolarmente alti.

Una soluzione intermedia affermatasi negli ultimi anni è la camera di prova a pareti fessurate (slotted wall), come in figura 2.2. Le pareti di questo tipo di camera sono omogenee dal punto di vista aerodinamico, non generano fenomeni di bloccaggio, presentano livelli di turbolenza confrontabili con quelli delle camere di prova chiuse. È possibile agire sul gradiente di pressione statica mediante flap posizionati a monte del collettore, fino ad eliminare lo sgradito fenomeno del galleggiamento orizzontale. Sono anche state proposte camere di prova a parete adattabile (adaptative wall), la cui complessità costruttiva ed operativa è molto elevata. Non sembrano ancora trovare impiego corrente nella sperimentazione automobilistica.

Figura 2.2 Soluzione a pareti fessurate

2.3 Il divergente

È noto che le perdite di potenza del carico che si manifestano nel sistema galleria del vento sono funzione della velocità della corrente elevata al cubo. Per perdere meno potenza, quindi si trasforma l’energia cinetica della corrente in energia di pressione, ottenendone di conseguenza il rallentamento. Ciò si realizza introducendo nel circuito il divergente.

Il divergente, detto anche diffusore, è la parte più delicata dell’intero circuito, specie dal punto di vista della sua progettazione. Errori, quali quelli di imporre angoli di apertura troppo elevati, portano alla separazione dello strato limite, che può anche essere instazionaria. In tal caso l’intero campo di moto comincia a pulsare, cambiando la corrente in camera di prova, e di conseguenza invalidando totalmente la prova in atto ed innescando pericolose vibrazioni.

Il divergente è caratterizzato da tre parametri:

• il rapporto tra le aree di ingresso e di uscita;
• il rapporto tra una dimensione caratteristica di ingresso e la lunghezza;
• l’angolo del cono equivalente, cioè l’angolo di un cono che abbia uguale lunghezza ed area d’ingresso del diffusore, e presenti condizioni di moto ed area all’uscita equivalenti. Tale angolo deve sempre essere minore di 7º.

Si deve evidenziare che la stessa presenza del modello nella camera di prova modifica il campo di moto, che diventa disuniforme. Alla conseguente diminuzione ovvia di rendimento, possono aggiungersi gli effetti della presenza di eventuali scie, che provocano cali ulteriori anche consistenti.

Obiettivo primario nella progettazione di un divergente deve essere la prevenzione di possibili separazioni dello strato limite nel suo interno.

Esiste un limite nella lunghezza del divergente, indipendentemente dai valori teorici suggeriti dal cono equivalente. Non si possono superare valori del rapporto delle aree di ingresso ed uscita superiori a 5÷6, altrimenti la corrente si separa all’ingresso nel diffusore. Sono comunque in uso diffusori a grande angolo che funzionano solo perché hanno al loro interno molte reti.

Essi servono per avere grandi camere di riposo atte ad abbattere la vorticità della corrente. I metodi di studio del diffusore sono in gran parte numerici, ed in condizioni di interazione debole considerano il campo esterno allo strato limite come un flusso potenziale.

L’ottimizzazione del diffusore si realizza con quattro possibili metodi:

1. Splitter: superfici all’imbocco del divergente posizionate in modo tale da simulare più diffusori affiancati;
2. Windmill: pale posizionate all’imbocco del diffusore in modo da distribuire il flusso avvicinandolo alle pareti;
3. Generatori di vortici: alette con una certa incidenza, poco più alte dello strato limite. Generano vortici di estremità che rimescolano il fluido esterno e lo strato limite, nella zona di contatto, energizzando quest’ultimo;
4. Controllo dello strato limite: aspirazione, o soffiatura, dello strato limite in modo da eliminare le zone a minor contenuto energetico.

2.4 I gomiti di raccordo

La progettazione dei gomiti è molto delicata, dal momento che essi devono deviare la corrente senza farlo separare. Si progettano perciò a sezione costante, inserendo al loro interno schiere di alette deflettrici, a profilo di lamina curva o alare.

Nel sistema galleria, il gomito è l’elemento di maggior resistenza. Ciò soprattutto per il primo, nel quale la velocità della corrente è maggiore. Le perdite di carico che si generano sono dovute all’attrito ed alla separazione. Si definisce il coefficiente di perdita come:

K=Dp/q

dove Dp indica la perdita di pressione statica tra monte e valle e q la pressione dinamica.

Si utilizza la pressione statica perché, avendo i gomiti sezione costante ed essendo la velocità la stessa, Dp coincide con la perdita di pressione totale Dp⁰. Inoltre la pressione statica può essere più facilmente misurata mediante una serie di fori sulle pareti antecedenti e seguenti il gomito. È buona norma di progettazione disporre nel gomito alette deflettrici, che consentono di avere valori di K@0,15.

Non utilizzandole, si possono verificare perdite del 100% (K=1).

Per le singole alette il C_L vale:

C_L = 2·h/c

Si ricordi che maggiore è il numero di c (corda dell’aletta), maggiore è lo spessore dello strato limite sul profilo. È quindi conveniente scegliere valori di c piccoli, posizionando un maggior numero di elementi.

2.5 Metodi per il controllo dello strato limite

Un problema tipico, che è sempre presente negli impianti descritti, è la presenza dello strato limite sul pavimento. Tale zona di moto rappresenta un notevole problema in quanto, nella realtà, essendo la vettura in moto rispetto all’aria ed al suolo (che sono fermi), essa non esiste. È perciò necessario rimuovere lo strato limite in quanto fortemente perturbativo del campo di moto, specialmente per quanto riguarda l’interazione con il pianale della vettura.

Vi sono diversi metodi utilizzati; quello più diffuso consiste nella rimozione ‘parziale’ dello strato limite con l’aspirazione effettuata mediante un opportuno condotto, posto a monte del modello da provare. Tale metodo limita l’altezza dello strato limite in corrispondenza del modello, ma non gli impedisce di svilupparsi e di crescere nuovamente a valle del condotto di aspirazione. Questo è il motivo per cui questo metodo viene considerato parziale.

Una tecnica alternativa, più raffinata, ma sicuramente più impegnativa da realizzare, è l’adozione di un tappeto mobile che, muovendosi alla stessa velocità della corrente, non permette allo strato limite di formarsi e di crescere. In questo caso si hanno grosse complicazioni di carattere meccanico nella realizzazione degli apparati di trascinamento del nastro. È, inoltre, più difficoltoso il fissaggio alla bilancia del modello, che deve essere sospeso in modo da non toccare il suolo mobile e, contemporaneamente, deve trasmettere tutte le azioni da misurare. Anche in questo caso si ha comunque un’approssimazione dovuta al fatto che le ruote sono ferme e che può essere recuperata a prezzo di ulteriori complicati accorgimenti.

Prescindendo da veicoli speciali, aventi le ruote completamente scoperte, nei casi usuali questo effetto non influenza sensibilmente il campo di moto complessivo attorno al modello. Studi recenti hanno dimostrato come il tappeto mobile, per un asportazione completa dello strato limite, sia necessario solo con modelli aventi il fondo piatto e molto vicino al suolo (meno di 5 cm), come è il caso delle vetture da competizione del tipo Formula 1 o Gruppo C. Per la produzione di serie, con altezze del pianale da terra maggiori di 10 cm, non si hanno differenze significative tra misure effettuate con strato limite aspirato o completamente rimosso.

2.6 La bilancia aerodinamica

La bilancia usata in una galleria del vento misura tre componenti di forza aerodinamica, nelle tre direzioni x, y e z, e tre componenti di momento. Se l’angolo di imbardata è nullo, e sufficiente la misura di sole tre componenti: le componenti di forza lungo x e z e il momento attorno all asse y. Affinché siano possibili precise misurazioni di forze e momenti, una bilancia aerodinamica deve soddisfare precisi requisiti [2]:

• L’apparecchiatura collegata alla bilancia non deve disturbare la corrente d’aria intorno al modello; se deve essere usato un supporto (per esempio durante test su modelli in scala), l’influenza di tale supporto sui risultati della prova deve essere determinata con precisione, per poterla in seguito eliminare.
• Non devono avvenire cambiamenti nella configurazione del modello durante la prova.
• Le forze portanti misurate sono piccole se paragonate al carico iniziale sulle ruote; quindi, per accuratezza, devono essere usati dei pesi (tare) per compensare il precarico nella direzione z.
• Attrito e isteresi devono essere contenuti al minimo nella trasmissione di forze tra il modello e i sistemi di rilievo dei carichi. L’uso di componenti speciali come, ad esempio, cerniere elastiche, cuscinetti pneumatici e idrostatici è, quindi, essenziale.

Figura 2.3 Meccanismi utilizzati per la misura di forze e momenti aerodinamici

Nel caso specifico della galleria del vento FIAT [7], la bilancia è di tipo elettromeccanico a funzionamento automatico, con misura indipendente di ciascuna delle forze orizzontali e verticali. La precisione di tali misure è dello 0,05% con range di misura da 0 a 200 Kg per componente e le piastre indipendenti, a filo pavimento, sono regolabili secondo passo e carreggiata del veicolo in prova. Il peso massimo tollerato del veicolo è di 2500 Kg.

Il metodo utilizzato su questa bilancia per separare le tre componenti di forza e momento è schematizzato in figura 2.3 [2]. Le ruote del modello sono posizionate su quattro piattaforme, ciascuna sostenuta da un cuscinetto idrostatico per assicurare il minimo attrito lungo la direzione verticale, per una misura immediata della portanza. Queste piattaforme sono montate su una struttura oscillante che è supportata da altri quattro cuscinetti idrostatici, montati su una seconda struttura (struttura base). Per mezzo dei cuscinetti idrostatici l’attrito è ridotto al minimo, anche nella direzione orizzontale.

La struttura oscillante è unita alla struttura base lungo la direzione x tramite un meccanismo di leve di collegamento per misurare la resistenza. Due simili meccanismi imbrigliano la struttura oscillante nella direzione y per misurare le forze laterali. Servendosi delle misurazioni di tutte le forze, i valori richiesti delle tre forze e dei tre momenti possono essere agevolmente calcolati. Lo stesso sistema è utilizzato per le bilance delle gallerie del vento Volkswagen, Mercedes, Pininfarina e Ford.

2.7 Altri equipaggiamenti

Per studiare la scia o il campo di moto intorno a particolari della vettura, si effettuano rilevamenti delle varie grandezze in punti diversi, fino a costruire una vera e propria mappa. Si utilizza a tal fine un apparecchio di funzionamento (traversing gear, cf. figura 2.4) capace di spostamenti molto precisi, pilotabile tramite computer. I sistemi in uso hanno fino a cinque gradi di libertà e tolleranze di posizionamento dell’ordine della frazione di millimetro.

Molti impianti dispongono di apparecchiature anemometriche Laser-Doppler per la misurazione non intrusiva dei campi di moto, specialmente in prossimità di particolari sporgenti dal corpo vettura, quali ad esempio, i retrovisori esterni.

Infine, sono ormai comuni gallerie per uso combinato aerodinamico, climatico ed acustico ambientale, quest’ultimo sia all’interno che all’esterno della vettura. La progettazione di questi tipi di galleria implica quindi installazioni di apparecchiature per la variazione di temperatura ed umidità e di altoparlanti e microfoni.

Figura 2.4 Traversing gear montato in galleria

2.8 Parametri principali che influenzano le misure in galleria del vento

Nella simulazione del comportamento di un autoveicolo su strada, le prove di modelli in scala naturale, in una galleria del vento, producono, inevitabilmente, errori nella valutazione delle forze aerodinamiche, dei momenti aerodinamici e delle pressioni agenti sulla superficie del corpo. L’entità di tali errori, in generale, dipende dai seguenti parametri [6]:

1. Parametri fluidodinamici

• Caratteristiche dello strato limite
• Omogeneità
• Galleggiabilità longitudinale
• Intensità della turbolenza

2. Parametri geometrici della galleria

• Rapporto tra sezione di uscita dell’ugello e sezione di entrata del diffusore
• Rapporto tra la lunghezza della camera di prova e diametro idraulico della sezione di uscita dell’ugello
• Rapporto tra la lunghezza del veicolo e della camera di prova

3. Parametri legati all’interferenza modello / galleria

• Bloccaggio solido dovuto alla presenza del veicolo
• Bloccaggio solido dovuto alla presenza della scia
• Interferenza scia / pareti della camera di prova
• Interferenza scia / ingresso del diffusore
• Effetti di up-wash e di down-wash legati alla presenza della scia

Il campo di moto intorno al modello è influenzato dalle pareti, solide o fluide, della camera di prova. A causa di questi contorni, la velocità effettiva della corrente viene alterata e così il campo in prossimità del modello. Inoltre, a causa della presenza delle pareti e dello strato limite che si sviluppa su queste, possono essere presenti, in camera di prova, gradienti longitudinali di pressione statica, che provocano un effetto di galleggiamento orizzontale.

I fenomeni dissipativi sono la causa del bloccaggio di scia; la velocità della corrente all’interno di una scia dietro il corpo è minore della velocità indisturbata. Per la legge di continuità, la velocità all’esterno della scia è maggiore della velocità indisturbata.

L’effetto della scia è, quindi, quello di provocare un aumento di velocità lungo il modello e, di conseguenza, un gradiente negativo di pressione.

Molti altri problemi hanno già trovato delle possibili soluzioni: i problemi fluidodinamici sono stati eliminati con la messa a punto di particolari accorgimenti, quali l’aspirazione dello strato limite in camera di prova e la presenza di reti e di honeycomb nella camera di ristagno, a monte dell’ugello. Altri parametri come ad esempio quelli geometrici, sono stati attentamente presi in esame in sede di progettazione della galleria stessa, dopo uno studio approfondito delle configurazioni geometriche delle altre gallerie e dei loro difetti.

2.9 La galleria del vento della FIAT

[10] La galleria utilizzata per svolgere le prove è stata costruita nella seconda metà degli anni ’70. È stata realizzata principalmente per studiare il comportamento aerodinamico dei veicoli e dei loro componenti di carrozzeria. Essa ha un’impostazione molto classica, con camera di prova a getto aperto e ventola sul circuito di ritorno.

Le dimensioni della camera di prova (16,1 x 12 x 10,5 m) sono tali da permettere la sperimentazione a grandezza reale anche su veicoli industriali di grandi dimensioni. Il convergente ha un rapporto di contrazione di 4:1 e permette di raggiungere una velocità di 200 km/h. Il motore è al di fuori del condotto ed è collegato all’elica mediante un albero motore. La ventola a dieci pale ha un diametro di 9 metri ed è azionata da due motori, i quali forniscono velocità angolari costanti di 75 e 150 rpm rispettivamente. Sulla gondola sono collocati degli statori, con il compito di raddrizzare la corrente appena elaborata dall’elica. La massima potenza installata è di 2500 CV.

La regolazione della velocità avviene variando il calettamento delle pale mediante un impianto idraulico; si possono in questo modo effettuare regolazioni con precisione dell’ordine di 1 km/h. Sui quattro gomiti sono presenti delle palette direttrici e tra il terzo e il quarto vi è anche presente un refrigeratore, che provvede a mantenere costante la temperatura della corrente durante le prove. Nella camera di riposo vi è un honeycomb in lamiera da 2/10 mm a caselle quadrate di lato 4 cm e lunghe 32 cm. A valle vi è una sola rete a maglie quadrate, formata da fili di 1,4 mm di diametro.

Il convergente ha sezione di ingresso rettangolare e, con un rapporto di contrazione di 4:1, porta ad una sezione di uscita rettangolare ad angoli raccordati di 30 m² di area.

Figura 2.5 La camera di prova della galleria FIAT

La lunghezza della camera di prova, dalla bocca dell’ugello all’ingresso del collettore e di 10,5 m.

Lo strato limite viene aspirato all’ingresso in camera di prova e reiniettato nel collettore. Il suo spessore viene ridotto fino a 5,5 mm. Il fattore di turbolenza ottenuto è T_f =1,08, pari ad’una intensità dello 0,1%.

L’elaborazione dei dati, con controllo su video da parte dell’operatore in cabina di comando, avviene in tempo reale. Le dimensioni del getto e le caratteristiche della camera di prova permettono di studiare, in scala ridotta, qualunque fenomeno di natura fluidodinamica, anche non strettamente connesso al campo dei trasporti.

I principali tipi di prove eseguibili sono:

• Rilievo di caratteristiche aerodinamiche (C_X ,C_Z)
• Rilievo pressioni
• Rilievo caratteristiche aeroacustiche e analisi sorgenti, rilievo rumore di infiltrazione

• Simulazione pioggia e analisi sporcamento
• Rilievo computerizzato delle caratteristiche del campo di moto attorno al veicolo
• Infiltrazione polveri e gas di scarico
• Rilievo campi di moto interni
• Rilievo deformazione portiere e tettucci
• Rilievo comfort di marcia su manichino
• Rilievo fenomeni non stazionari (buffetting)

2.10 Qualificazione della galleria

[11] Il fatto che una galleria di tipo automobilistico riproduca il fenomeno del moto relativo aria-veicolo invertendo, rispetto ad un punto di riferimento esterno, il moto aria-veicolo e annullando quello veicolo-terreno, solleva il problema della validità delle misure fatte nella galleria stessa. Validità sia in senso relativo, cioè comparativamente ad altre gallerie, sia in senso assoluto, cioè comparativamente al fenomeno reale.

Tale problema è stato affrontato nell’ambito di un programma europeo avente lo scopo di verificare il grado di correlazione esistente fra le gallerie Volkswagen, Pininfarina, Daimler Benz, FIAT, MIRA e Volvo, ciascuna considerata con la propria metodologia di prova.

In queste gallerie è stato provato lo stesso modello di vettura in scala reale. I risultati hanno permesso di concludere, almeno per quanto riguarda le misure di resistenza, che gli scarti riscontrati fra le diverse gallerie sono irrilevanti. Ciò facilita molto l’utilizzo e lo scambio di dati per i normali e consueti contatti tecnici.