logo-polimi
Loading...
Risorse bibliografiche
Risorsa bibliografica obbligatoria
Risorsa bibliografica facoltativa
Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
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*AE083265 - ISTITUZIONI DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE

Obiettivi dell'insegnamento

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.

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.

 

 


Risultati di apprendimento attesi

Conoscenza e comprensione

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.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

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.

Abilità comunicative

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.


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.


Prerequisiti
 

Modalità di valutazione

 

Modalità di verifica – Gli appelli previsti sono quelli stabiliti dal calendario accademico. Per ogni appello è prevista una prova scritta composta da esercizi e domande a risposta aperta. Lo studente che abbia superato la prova scritta può accettare il voto o sostenere un colloquio orale per migliorare/peggiorare la propria valutazione


Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaIstituzioni di Ingegneria Aerospaziale, Editore: McGraw-Hill Education, Anno edizione: 2018, ISBN: 1307182658
Note:

Il testo e' una collezione di capitoli di vari libri, molti provenienti dall'Anderson

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

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
50:00
75:00
Esercitazione
22:00
33:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
8:00
12:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 80:00 120:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
20/01/2020