Calcolatore flusso isentropico proprietà di stagnazione

Il calcolatore flusso isentropico determina i rapporti di stagnazione di un gas perfetto in flusso 1D adiabatico reversibile (isentropico) a partire dal numero di Mach M = v/a (rapporto velocità/velocità del suono) e dal rapporto dei calori specifici γ = c_p/c_v (γ = 1,4 per aria standard, γ = 1,33 metano CH₄, γ = 1,67 elio He, γ = 1,29 vapor d'acqua, γ = 1,28 anidride carbonica CO₂). Le 4 relazioni isentropiche fondamentali per gas perfetto:

• Rapporto Temperatura T₀/T = 1 + (γ-1)/2 · M² (energia cinetica convertita in entalpia adiabatica)
• Rapporto Pressione p₀/p = [1 + (γ-1)/2·M²]^(γ/(γ-1)) (compressione isentropica reversibile, ds=0)
• Rapporto Densità ρ₀/ρ = [1 + (γ-1)/2·M²]^(1/(γ-1)) (relazione barotropica gas perfetto pv^γ = cost)
• Rapporto Area-Mach A/A* = (1/M)·[(2/(γ+1))(1 + (γ-1)/2·M²)]^((γ+1)/(2(γ-1))) (ugello convergente-divergente De Laval 1888). Il pedice 0 = condizioni di stagnazione (stato isentropico portato a riposo, p₀, T₀, ρ₀), A* = area di gola critica dove M=1 (flusso choked, blocco sonico) e v* = a* velocità del suono critica. Le 4 condizioni del flusso: subsonico M<1 (compressore, presa d'aria), sonico M=1 (gola critica T₀/T=1,2 p₀/p=1,893 ρ₀/ρ=1,577 A/A*=1 con γ=1,4), supersonico 1<M<5 (Vega P120C, Eurofighter Typhoon Mach 2,35), ipersonico M>5 (re-entry IRENE 2018, CIRA SCIROCCO Mach 12 Capua). I valori tabulati γ=1,4 aria: M=0,5: T₀/T=1,05 p₀/p=1,186; M=1: T₀/T=1,2 p₀/p=1,893 ρ₀/ρ=1,577 A/A*=1; M=2: T₀/T=1,8 p₀/p=7,824 ρ₀/ρ=4,347 A/A*=1,687; M=3: T₀/T=2,8 p₀/p=36,73 ρ₀/ρ=13,12 A/A*=4,235; M=5: T₀/T=6 p₀/p=529,1 ρ₀/ρ=88,18 A/A*=25; M=10: T₀/T=21 p₀/p≈4,24×10⁴ A/A*=535,9. Le applicazioni aerospaziali italiane:

• Avio SpA Colleferro Roma 1908 (Vega 2012, Vega-C 2022 first stage P120C 4,3 m diametro Mach 6+ thrust 4500 kN, Vega-E 2026 metano LOX)
• CIRA Centro Italiano Ricerche Aerospaziali Capua 1984 galleria SCIROCCO Plasma Wind Tunnel 70 MW Mach 12 ipersonica re-entry test
• Leonardo SpA Roma 1948 + Alenia Aermacchi Eurofighter Typhoon Italia 36% Mach 2,35 ugelli EJ200 turbofan
• MBDA Italia La Spezia missili Aspide, Aster (Mach 4+), Marte (anti-nave)
• ASI Roma 1988 IRENE 2018 capsule re-entry heat shield ablativa Mach 25 rientro atmosferico
• ASI Vega launcher 2012 + BepiColombo 2018 Mercurio + Galileo Galilei navigation
• Cineca Bologna 1969 Marconi100 + Leonardo HPC pre-exascale 250 PFlops 2023 simulazioni CFD ipersoniche turbojet Vega-C ugelli
• Politecnico Milano 1863 + Politecnico Torino 1859 + UniNa Federico II 1224 ingegneria aerospaziale
• Aeronautica Militare Italiana CAMM-X meteo
• ENAC Ente Nazionale Aviazione Civile 1997 certificazioni
• ICTP Trieste 1964 + SISSA Trieste 1978 + IIT Genova 2003 ricerca fluidodinamica numerica
• INRIM Torino 1923 metrologia standard pressione p₀
• PNRR Missione 2 idrogeno + Missione 4 ricerca aerospaziale 6,9 mld €

Tabella flusso isentropico Italia γ=1,4 aria

(Fonte: NACA Report 1135 (1953) tabelle isentropiche + Anderson "Modern Compressible Flow" 2003 + De Laval 1888 ugello CD + dati Avio SpA Colleferro 2022 Vega-C P120C + CIRA SCIROCCO Capua 1984).

Esempi calcolo italiano flusso isentropico

• Avio Vega-C P120C first stage Colleferro 2022 ugello CD De Laval Mach 5 exit: γ=1,4, M_exit=5,0. T₀/T = 1+0,2·25 = 6 (camera combustione T₀=3.500 K → T_exit=583 K); p₀/p = 6^(1,4/0,4) = 6^3,5 = 529,1 (camera p₀=100 bar → p_exit=0,189 bar quasi vacuum); ρ₀/ρ=88,18; A_exit/A* = (1/5)·[(2/2,4)·6]^3 = 0,2·5^3 = 25 (gola 0,5 m² → exit 12,5 m²). Spinta F = ṁ·v_e = 4.500 kN
• Eurofighter Typhoon Italia Alenia Aermacchi 36% EJ200 Mach 2,35 supersonic cruise: γ=1,4, M=2,35. T₀/T = 1+0,2·5,52 = 2,11 (T_amb=216 K @ 11 km → T₀=455 K stagnazione naso); p₀/p = 2,11^3,5 = 13,5 (p_amb=22,6 kPa → p₀=305 kPa naso); ρ₀/ρ=6,4; A/A*=2,53
• CIRA SCIROCCO Plasma Wind Tunnel Capua Mach 12 hypersonic re-entry test: γ=1,4, M=12. T₀/T = 1+0,2·144 = 29,8 (T_test=300 K → T₀=8.940 K plasma arc-heated); p₀/p ≈ 1,93×10⁵; ρ₀/ρ=6.470; A/A*=1.041. Test capsule IRENE ASI 2018
• MBDA Aspide Aster missile La Spezia Mach 4 ramjet: γ=1,4, M=4. T₀/T = 1+0,2·16 = 4,2; p₀/p = 4,2^3,5 = 151,8; ρ₀/ρ=36,1; A/A*=10,72 ugello CD
• ATR 72-600 Leonardo cruise Mach 0,5: γ=1,4, M=0,5. T₀/T = 1+0,2·0,25 = 1,05 (T_amb=233 K → T₀=245 K); p₀/p = 1,05^3,5 = 1,186 (p_amb=39 kPa → p₀=46 kPa)
• IRENE re-entry capsule ASI 2018 heat shield ablativo Mach 10 atmospheric entry: γ=1,4, M=10. T₀/T = 1+0,2·100 = 21 (T_amb=270 K @ 80 km → T₀=5.670 K plasma sheath ionizzato); p₀/p ≈ 4,24×10⁴. Heat flux 1 MW/m² PICA-X
• Vega-C P120C 1° stadio ugello throat M=1 choked condition: T₀/T=1,2, p₀/p=1,893, ρ₀/ρ=1,577, A/A*=1 sonic flow critical. ṁ_max = ρ*·v*·A* = formula portata massima 4.500 kg/s

Aerospaziale ipersonica italiana

L'aerospaziale ipersonica italiana:

• Avio SpA Colleferro Roma 1908 (4° produttore propellenti solidi mondiale, 1.000 dipendenti): Vega 2012-2024 small launcher 1,5 t LEO, Vega-C 2022 first stage P120C diametro 3,4 m thrust 4.500 kN Mach 6+ ugello expansion ratio 16, Vega-E 2026 LOX/CH₄ M10 motor; ESA Ariane 6 P120C boosters 2024
• CIRA Centro Italiano Ricerche Aerospaziali Capua 1984: gallerie del vento SCIROCCO Plasma Wind Tunnel 70 MW Mach 12 hypersonic 2002 (più grande mondo nucleare-power), GHIBLI Mach 8, IXV Intermediate eXperimental Vehicle 2015 ASI/ESA volo orbitale Mach 25 1.450 kg lifting body
• Leonardo SpA Roma 1948 (49.000 dipendenti, 14 mld €): Alenia Aermacchi Venegono Inferiore 1913 Eurofighter Typhoon Italia 36% (UK 33%, Germania 21%, Spagna 10%) 730 prodotti, M-345 trainer, M-346 trainer Mach 1,15
• MBDA Italia La Spezia: missili Aspide aria-aria Mach 4, Aster 30 anti-balistici Mach 4,5 SAMP/T, Marte ER anti-nave subsonico 200 km, CAMM-ER aria-aria
• ASI Agenzia Spaziale Italiana Roma 1988 (210 dipendenti, 2,5 mld €): missioni BepiColombo ESA-JAXA 2018 Mercurio (arrivo 2025), IRENE Italian RE-entry NacellE 2018 heat shield ablativo deflated re-entry, Galileo navigation 30 satelliti EU 2026, Cosmo-SkyMed Second Gen 2019-2025 4 satelliti SAR-X 1 m, PRISMA hyperspectral 2019, SHALOM ASI-ISA
• Aeronautica Militare Italiana: 41.000 effettivi, F-35A Lightning II Cameri Lombardia FACO Final Assembly Check Out, Eurofighter Typhoon 96 unità, Tornado IDS Ghedi, CAMM-X meteo Pratica di Mare
• Politecnici aerospaziali: Politecnico Milano 1863 Bovisa Aerospace Engineering, Politecnico Torino 1859 Mirafiori DAUIN aerospaziale, UniNa Federico II 1224 Pasquale Maffei aerospaziale, Sapienza Roma 1303 DIAA, Università Padova 1222 CISAS Centro di Ateneo Studi Attività Spaziali
• Cineca Bologna 1969 Marconi100 30 PFlops + Leonardo pre-exascale 250 PFlops 5° TOP500 mondiale 2023 simulazioni CFD ipersonica RANS LES Vega-C P120C ugelli CD shock wave boundary layer interaction
• ENAC Ente Nazionale Aviazione Civile 1997 certificazioni FAR-25; ICTP Trieste 1964 + SISSA Trieste 1978 + IIT Genova 2003 fluidodinamica numerica; INRIM Torino 1923 metrologia pressione p₀ riferimento
• Bonus fiscali R&S aerospaziale 2025: Credito d'Imposta R&S art. 1 c. 200 L. 160/2019 fino 25% ricerca fondamentale; Patent Box L. 178/2020 50% brevetti ugelli; Credito Industria/Transizione 5.0 art. 38 DL 39/2024 fino 35% investimenti macchinari CFD HPC; PNRR Missione 4 Componente 2 ricerca 6,9 mld € + Missione 2 idrogeno verde 3,2 mld € Avio Vega-E LOX/metano

Aggiornato a luglio 2026