GENERATORI DI VORTICI COME STRUMENTO PASSIVO PER IL CONTROLLO DELLO STRATO LIMITE: VALUTAZIONI AERODINAMICHE E PROSPETTIVE PROGETTUALI

This thesis aims to illustrate the operating principles of the passive flow control technique based on vortex generators, with the objective of demonstrating the benefits it offers to the aerodynamic performance of the systems in which it is implemented. Within this framework, the work first presents the theoretical foundations of the boundary layer, tracing the insights of Ludwig Prandtl and elucidating the phenomenon of flow separation. It then proceeds to a preliminary analysis of vortex generators and their functional purpose. The principal design configurations are discussed, with particular attention given to some innovative bio-inspired models. A numerical analysis is subsequently conducted to examine the aerodynamic effects associated with their application to airfoils, as the key geometric parameters are varied. The thesis is organized into two main parts. The first is a theoretical section, based on a critical review and synthesis of the relevant scientific literature, including peer-reviewed journal articles, academic textbooks, lecture notes, and online resources. The second part, corresponding to Chapter Three, is experimental and presents a numerical investigation carried out personally using a modified open-access version of the Xfoil software, employed to analyze the aerodynamic characteristics of a NACA 4415 airfoil.

La presente tesi si ripropone di esporre il funzionamento della tecnica passiva di controllo del flusso tramite generatori di vortici, nella prospettiva di mostrare i benefici che questa arreca alle prestazioni aerodinamiche dei sistemi in cui viene adottata. In tale contesto, l’elaborato espone, in prima istanza, i fondamenti teorici sullo strato limite, percorrendo le intuizioni di Ludwig Prandtl e chiarendo il fenomeno della separazione. Successivamente, il lavoro si concentra sull’analisi preliminare dei generatori di vortici e del loro scopo. Vengono, quindi, illustrate le principali configurazioni progettuali, con un approfondimento su alcuni modelli innovativi bio-mimetici, e discusse, tramite un’analisi numerica, le conseguenze aerodinamiche legate al loro impiego nei profili alari al variare dei parametri geometrici fondamentali. Il lavoro si compone di due parti: la prima, di tipo compilativo, fondata sulla rielaborazione della letteratura scientifica di riferimento, includendo articoli di riviste specializzate, testi accademici, appunti di lezione e risorse online di carattere scientifico. La seconda, di tipo sperimentale, riguardante il capitolo terzo, presenta un’investigazione numerica eseguita personalmente con un modello modificato di libero accesso del software Xfoil, utilizzato per studiare le caratteristiche aerodinamiche di un profilo NACA 4415.