The lift computation for an oscillating flat plate in incompressible potential flow

The initial aim of this work was the estimation of the lift acting on a flat plate performing small oscillations in a plane uniform stream by means of a simplified model based on one or at the most two lumped vortices, and the assessment of its results by comparison to those that were exact. The model was found to work well up to a reduced frequency of about 1 or 2, above which the results diverged from those that were correct. In order to improve the model, its behaviour at very high frequencies was then investigated, discovering: (i) that if the number of lumped vortices is greater than one the possibility to impose all boundary conditions is subject to certain geometrical constraints; (ii) that the asymptotical behaviour is not the right one. A straightforward extension of this conclusion to the exact case of a continuous, vorticity distribution simulating the motion of the plate and to the classical equation describing it leads apparently to an incorrect result. The reason for the discrepancy is found in the singularity displayed by the integral equation which cannot be reproduced by the discrete model. It this therefore concluded that the latter can be trusted at low and middle frequencies but its extension to higher ones is fundamentally uncorrect.

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Sommario Lo scopo iniziale di questo lavoro era il calcolo approssimato della portanza agente su una lamina piana soggetta a piccole oscillazioni in una corrente bidimensionale uniforme per mezzo di un modello semplificato basato su uno o al più due vortici concentrati, e il confronto dei risultati con quelli esatti. Il modello risulta funzionare bene per frequenze ridotte inferiori ad 1 o 2, sopra le quali, tuttavia, i risultati si allontanano da quelli corretti. Per migliorarlo si è allora studiato il suo comportamento alle frequenze molto alte, scoprendo che: (i) la possibilità di imporre tutte le condizioni al contorno quando il numero dei vortici concentrati è superiore a uno è soggetta a certe limitazioni sulla configurazione geometrica; (ii) che il comportamento asindotico non è quello corretto. Un'estensione automatica di questa conclusione al caso esatto in cui il moto della lamina è simulato da una distribuzione continua di vorticità e alla classica equazione che lo descrive sembra condurre ad un risultato errato. La ragione di questa discrepanza viene individuata nella singolarità contenuta nell'equazione integrale, che non può essere riprodotta dal modello discreto. Se ne conclude perciò che esso è utilizzabile alle basse e medie frequenze ma che una sua estensione alle alte è fondamentalmente errata.