Codice identificativo insegnamento: 083265
Programma sintetico: Il corso e' organizzato secondo capitoli sequenziali di
presentazione dei diversi argomenti propedeutici per la laurea in
ingegneria aerospaziale: Introduzione al mondo aerospaziale e ambiente
operativo. Configurazioni tipiche di veicoli aerospaziali. Elementi di
aeromeccanica. Elementi di propulsione. Meccanica del volo stazionario e
prestazioni. Velivolo tridimensionale e comandi di volo. Organi a bordo
di un velivolo. Manovre e determinazione dei carichi. L'elicottero.
Elementi di strutture aerospaziali. Materiali ed elementi di
tecnologie.
1 Introduzione al corso e ambiente operativo –
L’ambiente: attrazione gravitazionale; atmosfera terrestre, modello
dell'aria tipo; principi di sostentazione.
2 Elementi di
aeromeccanica – Superficie portante e profilo; caratteristiche
geometriche. Flusso subsonico bidimensionale, campi di velocità e di
pressione, equazione di continuità e teorema di Bernoulli; tubo di
Pitot. Pressione e coefficiente di pressione sul profilo. Andamento del
flusso e della pressione al variare dell’incidenza. Effetto della
viscosità, sforzi tangenziali; strato limite laminare e turbolento,
transizione, distacco; stallo; contributi di resistenza di attrito e di
pressione. La forza aerodinamica come risultante delle azioni sul
profilo; componenti di portanza e di resistenza; centro di pressione.
Efficienza aerodinamica. Coefficienti aerodinamici; andamento al variare
dell’incidenza, polare. L'ala di apertura finita: flusso
tridimensionale, scia e vortici di estremità, resistenza indotta.
Allungamento, incidenza indotta e coefficiente di resistenza indotta;
curva coefficiente di portanza-incidenza e polare dell’ala finita.
Teoria della quantità di moto. Polare del velivolo completo;
approssimazione analitica. Momento della portanza, coefficiente di
momento, centro aerodinamico dell’ala. Cenni a comprimibilità e fenomeni
sonici e supersonici.
3 Configurazioni tipiche di veicoli
aerospaziali – Classificazione degli aeromobili in funzione del tipo di
sostentazione di propulsione. Aerostati: palloni e dirigibili. Velivoli:
architetture tipiche e parti fondamentali; esempi di geometria
variabile. Velivoli privi di propulsore: alianti libratori e
veleggiatori, cenni a deltaplano e parapendio. Idrovolanti e anfibi.
Rotodine: elicottero e parti fondamentali, configurazioni tipiche;
autogiro; cenni a convertiplani e altre macchine ibride. Veicoli
spaziali: lanciatori, satelliti, sonde e stazioni orbitanti.
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Volo orizzontale rettilineo uniforme – Equilibrio, assetto. Il carico
alare. Velocità minima di sostentamento. Andamento della resistenza al
variare della velocità. Assetto di massima efficienza.
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Velivolo tridimensionale e comandi di volo – Assi di riferimento.
Superfici di controllo ed equilibrio dei momenti. Comandi principali di
volo: equilibratore, timone ed alettoni; organi di comando in cabina.
Funzione equilibrante dei comandi; casi pratici di regolazione:
sbilanciamento, cambiamento di configurazione, trazione asimmetrica.
Centraggio longitudinale del velivolo. Funzione di manovra dei comandi.
Esigenza di stabilità dell'assetto: stabilità statica direzionale;
instabilità dell'ala isolata e stabilità statica longitudinale;
cenno alla stabilità laterale del velivolo, diedro ed effetto diedro.
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Organi a bordo di un velivolo – Gli ipersostentatori: funzione, impiego
e tipologie. – I diruttori: funzione e impiego. – Le alette di trim
sulle superfici di controllo. – Il comando differenziato degli alettoni:
necessità e funzionamento. – Le catene di comando meccaniche, aperte e
chiuse; rigidezza della catena. – Compensazione dei comandi: alette di
compensazione, superfici avanzate; cenno ai servocomandi. – Gli organi
di atterraggio: funzioni e configurazioni; carrello principale,
requisiti di deformabilità e di ammortizzazione; sistemi di frenatura a
terra. – Cenni agli organi per l’ammaraggio.
7 Elementi di
propulsione aeronautica – Principi di propulsione e classificazione dei
propulsori. Elica: principio di funzionamento, svergolamento della pala,
limitazione di velocità; regimi di funzionamento. Trazione e coppia
resistente; coefficienti e rendimento. Eliche a passo variabile. Teoria
della quantità di moto per l’elica, rendimento propulsivo. Cenni ai
motori alternativi per impiego aeronautico. Turbogetto e motori a
turbina: principio di funzionamento, elementi e rispettive funzioni.
Evoluzione del turbogetto: alberi coassiali, by-pass, turbo fan. Il
turboelica. Cenni allo statoreattore e ai motori a razzo.
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Meccanica del volo stazionario e prestazioni – Potenza necessaria al
volo orizzontale rettilineo uniforme: andamento con la velocità;
influenza della quota e dei parametri del velivolo. Curve
caratteristiche dei propulsori: trazione e potenza disponibili al
variare della velocità. Velocità minima e massima di volo, quota di
tangenza; inviluppo di volo. Volo in salita: equilibrio, prestazioni di
salita ripida e rapida. Quota di tangenza pratica. Volo in planata:
equilibrio, vincolo assetto-angolo di planata, prestazioni di angolo di
planata minimo e di velocità di discesa minima. Cenni all’autonomia:
consumo specifico, autonomia oraria e chilometrica.
9 Manovre
e determinazione dei carichi – Volo accelerato curvo e forze di inerzia.
Analisi delle manovre di richiamata e di virata corretta e non; comandi
coinvolti. Fattore di carico in manovra; limitazioni fisiologiche,
aerodinamiche e strutturali; diagramma n-V, velocità di manovra. Volo in
aria turbolenta: stima del fattore di carico da raffica. Le specifiche
della normativa. Manovra di rollio: momento smorzante e velocità limite.
Manovre di decollo ed atterraggio: fasi ed analisi.
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Funzionamento dell’elicottero – Rotore principale: azione della forza
centrifuga, limitazione di velocità, articolazione delle pale. Rotore
anticoppia. Comandi di volo: passo collettivo, passo ciclico e passo
rotore di coda; confronto con i comandi dell’aeroplano; organi di
comando in cabina. Volo a punto fisso e volo traslato. Potenza
necessaria al volo, quota di tangenza. Effetto suolo. Funzionamento
dell’autogiro. Discesa in autorotazione.
11 Elementi di
strutture aerospaziali – La funzione strutturale. Azioni interne e
sforzo: casi semplici di sollecitazioni in un'ala, in una fusoliera
e negli impennaggi. Deformazione e modi tipici di deformarsi. Evoluzione
degli schemi di costruzione. Funzioni dei principali elementi
strutturali: longheroni, solette, anime, rivestimento, chiodatura.
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Materiali ed elementi di tecnologie – Proprietà fisiche e
caratteristiche meccaniche dei materiali da costruzione; diagramma
sforzo-deformazione; rigidezza, resistenza, plasticità, duttilità,
tenacità, temperatura di funzionamento. Principali prove tecnologiche.
Materiali da costruzione tipici: acciai, leghe di titanio, leghe a base
di alluminio e a base di magnesio; cenni alle materie plastiche e ai
materiali anisotropi: legno, compositi. Trattamenti termici, di
indurimento, di protezione superficiale; incrudimento. Principi di
fabbricazione di elementi strutturali, lavorazioni meccaniche e tecniche
di assemblaggio.
13 Introduzione al mondo aerospaziale – Le
attività aeronautiche e spaziali: origini, sviluppo, attualità e futuro;
la dimensione tecnico-scientifica e quella sociale. Organismi di
controllo, di certificazione e di ricerca. Il lavoro nel settore
aerospaziale: aspetti economici ed organizzativi.