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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2014/2015
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 083265 - ISTITUZIONI DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Docente Quaranta Giuseppe
Cfu 8.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - BV (350) INGEGNERIA AEROSPAZIALE* AL083265 - ISTITUZIONI DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 509) - BV (100) INGEGNERIA AEROSPAZIALE* AMAS060066 - ISTITUZIONI DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE (C.I.)

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

Obiettivi e contenuti del corso

Acquisizione di competenze specifiche – L'insegnamento fornisce alcuni elementi di base delle principali discipline specifiche del Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale e si propone di introdurre gli studenti del primo anno al problema del progetto e dell’impiego delle macchine aerospaziali. E’ fatto ricorso a esercitazioni e laboratori per la finalizzazione degli argomenti trattati nelle lezioni. Segue un elenco di alcune competenze specifiche la cui acquisizione è ritenuta imprescindibile:

elementi di aerodinamica esterna;

condizioni di equilibrio di punti materiali e corpi rigidi;

assetto in volo;

concetto di prestazioni di un veicolo;

funzionalità dei comandi e dei principali organi a bordo;

azione delle forze d’inerzia e carichi;

concetto di sforzo e di deformazione, rigidezza di un materiale.

Arricchimento metodologico – L'insegnamento contribuisce a presentare ed impartire alcuni importanti concetti ed elementi formativi per la figura di ingegnere. Attraverso le lezioni, le spiegazioni e le esercitazioni in aula, i problemi affrontati nelle prove in itinere e la loro discussione, si intende sviluppare negli studenti capacità di definire e inquadrare un problema, di affrontarlo da diversi punti di vista, di scegliere gli strumenti opportuni per la sua soluzione, di distinguere tra valutazioni di carattere qualitativo e valutazioni di carattere quantitativo, di condurre ragionamenti di sintesi.

Crescita di abilità personali – Le attività svolte durante l’insegnamento consentono di sottolineare la necessità e l’importanza di efficacia nella comunicazione sia scritta che orale. Operando su schizzi, tabelle, diagrammi e fogli elettronici, gli studenti acquisiscono dimestichezza nell’uso della sintesi grafica e nella raccolta e organizzazione dei dati per la loro elaborazione. La molteplicità di argomenti affrontati contribuisce a coltivare negli studenti abilità nel reperire e selezionare informazioni e nel trovare soluzioni per cui non sono preparati. Attraverso la lettura di testi in inglese e la ricerca su web, gli studenti acquisiscono dimestichezza con il linguaggio tecnico internazionale. Le esercitazioni in aula e le attività sperimentali in laboratorio introducono gli studenti al lavoro di gruppo. La vigilanza del personale docente sulle attività svolte dagli studenti è premessa per la crescita in loro di doti di serietà e responsabilità, di senso critico ed anche di entusiasmo.

 

Descrizione degli argomenti trattati

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.

4 Volo orizzontale rettilineo uniforme – Equilibrio, assetto. Il carico alare. Velocità minima di sostentamento. Andamento della resistenza al variare della velocità. Assetto di massima efficienza.

5 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.

6 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.

8 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.

10 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.

12 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.

Organizzazione dell’insegnamento e modalità di verifica

Modalità didattiche – Il corso è organizzato in lezioni, esercitazioni, laboratori e seminari. Nelle esercitazioni vengono proposti esercizi numerici e gli studenti sono guidati nella soluzione. Per i laboratori si richiede agli studenti la partecipazione a prove aerodinamiche in galleria del vento, a prove tecnologiche di caratterizzazione dei materiali e a lavorazioni meccaniche. I seminari sono audizioni di argomenti di interesse tecnico-scientifico o sociale presentati da esperti in materia.

Modalità di verifica – Sono previste due prove scritte, una a metà corso ed una alla fine, utili per la valutazione, da parte degli studenti, del proprio livello di comprensione e preparazione degli argomenti trattati. L’esame a fine corso consiste in un colloquio orale che verte su tutto il programma, eventualmente preceduto da una prova scritta. L'esito positivo concorre alla valutazione complessiva e all’attribuzione dei crediti nella carriera dello studente.

 


Note Sulla Modalità di valutazione

Organizzazione dell’insegnamento e modalità di verifica

Modalità didattiche – Il corso è organizzato in lezioni, esercitazioni, laboratori e seminari. Nelle esercitazioni vengono proposti esercizi numerici e gli studenti sono guidati nella soluzione. Per i laboratori si richiede agli studenti la partecipazione a prove aerodinamiche in galleria del vento, a prove tecnologiche di caratterizzazione dei materiali e a lavorazioni meccaniche. I seminari sono audizioni di argomenti di interesse tecnico-scientifico o sociale presentati da esperti in materia.

Modalità di verifica – Sono previste due prove scritte, una a metà corso ed una alla fine, utili per la valutazione, da parte degli studenti, del proprio livello di comprensione e preparazione degli argomenti trattati. L’esame a fine corso consiste in un colloquio orale che verte su tutto il programma, eventualmente preceduto da una prova scritta. L'esito positivo concorre alla valutazione complessiva e all’attribuzione dei crediti nella carriera dello studente.


Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaJ.D. Anderson Jr., Introduction to flight, Editore: New York: Mc Graw Hill, Anno edizione: 1989
Risorsa bibliografica obbligatoriaR.S. Shevell, Fundamentals of flight, Editore: Prentice-Hall, Anno edizione: 1989
Risorsa bibliografica obbligatoriaA.C. Kermode, Mechanics of flight (mecanique du vol, in francese), Editore: Longman, Anno edizione: 1996
Risorsa bibliografica obbligatoriaC. Caprile, Istituzioni di Aeronautica: elementi di tecnologia generale, Anno edizione: 1995
Risorsa bibliografica facoltativaA.C. Kermode, Flight without Formulae: How and Why an Aeroplane Flies Explained in Simple Language, Editore: Longman, Anno edizione: 1989
Risorsa bibliografica facoltativaJohn Watkinson, Art of Helicopter, Editore: Elsevier Ltd, Anno edizione: 2004
Risorsa bibliografica facoltativaE. Torenbeek, H. Wittenberg, Flight Physics, Editore: Springer, Anno edizione: 2009
Risorsa bibliografica facoltativaR. H. Barnard, D. R. Philpott, Aircraft Flight: A Description of the Physical Principles of Aircraft Flight , Editore: Prentice Hall, Anno edizione: 2010
Risorsa bibliografica facoltativaJ. Fay, The helicopter: history, piloting and how it files, Editore: Hippocrene Books, Anno edizione: 1988
Risorsa bibliografica facoltativaKermode, A. C., The aeroplane structure : the design and purpose of the parts of an aeroplane explained in simple language, Anno edizione: 1964
Risorsa bibliografica facoltativaJohn Cutler, Understanding aircraft structures , ISBN: 0246113103

Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
55.0
esercitazione
24.0
laboratorio informatico
0.0
laboratorio sperimentale
8.0
progetto
0.0
laboratorio di progetto
0.0
seminario
3.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
27/09/2020