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PORTALE DELLA DIDATTICA

Fondamenti di meccanica del volo

01NFBLZ

A.A. 2022/23

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/03 6 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale
2018/19
Nell’ambito di questo insegnamento si introducono sinteticamente le procedure analitiche per la valutazione delle prestazioni dei velivoli durante le fasi di volo librato e propulso, per velivolo sia motoelica, sia turbogetto. A questo scopo si forniscono innanzi tutto le nozioni relative all’ambiente di riferimento in cui opera il velivolo: l’Atmosfera Standard Internazionale. Successivamente vengono richiamati i concetti fondamentali dell’aerodinamica e della propulsione del velivolo. Relativamente alla propulsione si studia l’elica ed i suoi principi di funzionamento. Con questi concetti si possono quindi valutare le prestazioni del velivolo (argomento base del corso) in tutte le fasi di volo: decollo, salita, crociera, discesa ed atterraggio. Vengono poi illustrati i fondamenti dello studio analitico degli stati di equilibrio del velivolo. Partendo dai principi della meccanica del volo, il corso intende inoltre fornire allo studente le basi di comprensione per lo studio successivo della dinamica del volo e della risposta del velivolo al comando ed al disturbo atmosferico.
During this course, the teaching activities will synthetically introduce the procedures used to evaluate the performances of aircraft during the glided flight and powered flight (engine-propeller and turbojet) phases. The foundations necessary for the analytical study of the equilibrium states of aircraft will then be illustrated. The course also has the purpose of providing the student with the principles of flight dynamics, starting from the extension and from the detailed study of basic flight mechanics concepts. Apart from the analyses of stability, problems inherent to the evaluation of the aircraft flight qualities will in particular be presented on the basis of the regulation requirements.
L’obiettivo del corso è quello di fornire all’allievo le competenze di base della meccanica del volo atmosferico. Al termine dell’insegnamento si richiede allo studente di: • saper stimare le prestazioni di un aeromobile ad ala fissa; • conoscere gli strumenti di analisi del comportamento del velivolo nelle condizioni di equilibrio e nel volo manovrato; • comprendere i requisiti prescritti dalla normativa per la valutazione delle qualità di volo. Ai fini dell’autonomia di giudizio e della capacità di comunicazione tecnica, si verificherà che lo studente abbia acquisito: • la capacità di valutare numericamente un problema di tipo ingegneristico; • la capacità di prendere una motivata decisione progettuale in presenza di requisiti progettuali; • la capacità di stimare rapidamente gli ordini di grandezza dei valori numerici che ragionevolmente l'ingegnere si deve attendere nei principali casi di riferimento della materia; • la conoscenza della terminologia internazionale di base in campo aeronautico. Queste capacità dovranno essere acquisite attraverso lo studio dei vari aspetti, indicati nel Programma sotto riportato, che vengono presentati in quanto esemplari e rilevanti per le applicazioni tecniche e per lo sviluppo dei metodi che, nel loro complesso, l’ingegnere aerospaziale deve conoscere.
The objective of the course is that of offering the student the basic competences of atmospheric flight mechanics. At the end of the teaching phase, the student will be required to: • Be able to estimate the performances of both fixed and rotary wing aircraft; • Have knowledge of the analysis instruments of the behavior of aircraft during equilibrium and maneuvered flight conditions; • Understand the regulation requirements concerning the evaluation of aircraft flight qualities. The student will be examined in order to establish whether he/she has acquired the capacity to autonomously make judgments and to communicate technically, and whether he/she has acquired: • The capacity to numerically evaluate an engineering type of problem; • The capacity to reach a motivated design solution in the presence of design requirements; • The capacity to quickly estimate the orders of magnitude of numerical values that an engineer could reasonably expect for the main cases pertaining to the subject; • The knowledge of basic international terminology in the aeronautic field. This capacity will be acquired through the study of some problems that are indicated in the Program which will be proposed as they are exemplary. In other words, they are relevant for technical applications and suitable to introduce the range of methods that an aerospace engineer should know.
L’allievo che accede a questo insegnamento deve conoscere gli strumenti di base del calcolo differenziale e integrale, della geometria analitica nel piano e nello spazio. È’ utile inoltre che l’allievo disponga delle nozioni di base sull’algebra delle matrici. È’ infine auspicabile la comprensione della lingua inglese parlata e scritta.
The student who follows this course should already know the basic concepts of differential and integral calculation, as well as of the analytical geometry of the plane and space. It is also useful for the student to have the basic notions of matrix algebra. Finally, the comprehension of spoken and written English is desirable.
Il programma del corso intende affrontare i seguenti argomenti per i quali le ore computate sono comprensive delle esercitazioni: • L’atmosfera di riferimento (6 ore): L’atmosfera reale, curve di stato. L’Atmosfera Tipo Internazionale (ISA). I vari tipi di quote, la riduzione alla quota standard. • La misura della velocità (7.5 ore): Il tubo di pitot, flusso compressibile e incompressibile. Il numero di Mach, regime supersonico. Velocità rispetto all’aria, velocità calibrata, equivalente e vera. • Esercitazione 1: Quote e velocità. • Richiami di aerodinamica (3.0 ore): La turbolenza, resistenza d’attrito e di scia. La polare del profilo e dell’ala, effetto dell’ipersostentazione, della curvatura del profilo e delle superfici mobili al bordo di fuga. La resistenza d’interferenza, il passaggio dalla polare dell’ala a quella del velivolo. • Volo librato (9 ore): Regimi di volo di massima distanza percorsa e massima autonomia oraria con e senza vento. • Esercitazione 2: Il volo librato. • Generalità sui sistemi propulsivi (4.5 ore). L’elica: formule di Rénard di I e II specie e teoria di Rankine-Froude. Turbogetto, turbofan, motoelica e turboelica. • Le prestazioni del velivolo (9 ore): Spinta e potenza necessarie per il volo orizzontale. I regimi di salita per velivolo turbogetto e motoelica e relative velocità caratteristiche. • Esercitazione 3: La salita del velivolo a getto ed a elica. • Esercitazione 4: Decollo e atterraggio (4.5 ore): Spazi tempi e consumi per le varie fasi per velivolo turbogetto e motoelica. • Crociere (7.5 ore): Autonomie orarie e chilometriche massime per velivolo turbogetto e motoelica. Diagramma di utilizzo e momento di trasporto. • Esercitazione 5: Crociere per velivolo a getto ed a elica. • Equilibrio e stabilità statica longitudinale (9 ore): Punto neutro a comandi bloccati. Centramento e margine statico. Controllo longitudinale, angolo dell’equilibratore necessario all’equilibrio al beccheggio. Requisito della speed stability. • Esercitazione 6: Condizioni di volo a regime.
The course program will cover the following topics, for which the reported hours include exercises: - The atmosphere (6.0 hours): the real atmosphere, the state curve. The International Standard Atmosphere (ISA). The different types of altitudes, the reduction to the standard altitude. - The measurement of speed (7.5 hours): the pitot tube, compressible and uncompressible flows, Mach number, supersonic regime. Speed with respect to air, calibrated, equivalent and true air speed. - Brush up of aerodynamics (3 hours): air turbulence, friction and wake drag. The aerodynamic polar of the profile and of the wing, the effect of flaps, of the profile camber and of the moving aerodynamic surfaces at the trailing edge. Interference drag, the shift from the wing polar to that of the aircraft. - Gliding flight (9 hours): flight regime of the maximum range and maximum endurance with or without wind. - Information on propulsive systems (4.5 hours). The propeller: I and II type Rénard formulas. Turbojets, turbofans, engine-propeller and turboprop aircraft. - Aircraft performances (9 hours): thrust and power necessary for level flight. Climbing regimes for turbojet and engine-propeller aircrafts and characteristic flight speeds of this regime. - Take-off and landing (4.5 hours): space, times and consumption for the various phases for turbojet and engine-propeller aircraft. - Cruises (7.5 hours): maximum endurance and range for turbojet and engine-propeller aircraft. Flight envelope and transport factor. - Equilibrium and static longitudinal stability (9 hours): locked control neutral point. Center of gravity longitudinal position and static margin. Longitudinal control, elevator angle necessary for pitching equilibrium. Speed stability requirement.
Di norma alle ore di lezione corrisponde un numero di ore di esercitazione in aula pari al 20% del totale, strettamente collegate alle lezioni, durante le quali all’allievo vengono proposti problemi atti a sviluppare la sua capacità ad applicare la teoria nel contesto dei problemi pratici. I problemi vengono presentati alla lavagna e se ne illustra la procedura di svolgimento. Viene fornita assistenza continua in aula da parte di un esercitatore. Il materiale per le esercitazioni viene fornito dagli esercitatori. Gli esercizi sono proposti in modo da seguire il progressivo approfondimento didattico e richiedono semplicemente l’uso di calcolatrici tascabili. Di norma per ogni ora di esercitazione in aula l’allievo deve prevedere un lavoro personale a casa per completamenti.
The hours of lessons normally include 20% of exercises in the classroom, which are closely connected to the lectures, during which the student is presented with problems which have the purpose of developing his/her capacity to apply theory to practical problems. The problems are presented on the blackboard and the resolution procedures are illustrated. Continuous assistance is offered by a teaching assistant in the classroom. The material for the exercises is supplied by the teaching assistant. The exercises are proposed in didactic progression and they require the use of a pocket calculator. For each hour of practical lesson in the classroom, the student should consider the necessity of personal work at home to complete the exercise.
Esistono libri di testo per le lezioni per tutte le parti del corso, sia per la parte relativa al velivolo, sia per la parte sull’elicottero e saranno indicati a lezione, dal docente titolare dell’insegnamento, alcuni testi aggiuntivi in lingua italiana ed inglese per eventuali approfondimenti. Esercitazioni: i testi dei problemi proposti vengono forniti dagli esercitatori in aula e vengono messi a disposizione anche sul portale della didattica. Gli esercitatori forniscono inoltre, in aula, le tracce scritte di soluzione.
There are text books for the lessons for each and every part of the course, both for the part relative to aircraft and the part on helicopters, and some extra texts, written in English and Italian, for possible in depth study, will be indicated during the lessons by the teacher in charge of the course. Exercises: the texts of the proposed problems will be supplied by the teaching assistants in the classroom and will also be available on the didactic site. The teaching assistants will also supply written outlines of the solutions in the classroom.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria;
La verifica dell’apprendimento consiste nel solo esame finale che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese (v. sopra) tramite lo svolgimento di una prova scritta di 2 ore senza l'aiuto di appunti o libri e di un successivo colloquio (nel caso di esito positivo della prova scritta). Al fine di verificare in modo rigoroso il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento e quindi l’acquisizione delle conoscenze e le capacità di comprensione e di applicazione pratica delle stesse, la verifica si articola in prove di diversa natura. La prova scritta consiste di 10 quesiti, cioè domande di teoria e/o esercizi. Le domande corrispondono ciascuna a un argomento scelto tra quelli della teoria esposta a lezione, gli esercizi a un semplice problema. Per le domande si richiede di esporre la teoria, dimostrandone la conoscenza. Per l’esercizio si chiede di fornire procedimento e risultati numerici al fine di dimostrare la capacità di individuazione della soluzione. La prova scritta si ritiene superata con un punteggio minimo di 18 punti su un massimo di 30. Dopo la correzione degli scritti l’allievo viene convocato per un colloquio orale, che consiste in una eventuale revisione della prova scritta in cui il docente informa l’allievo sui risultati della prova stessa, risolve eventuali dubbi sul giudizio espresso e formula ulteriori eventuali domande di teoria al fine di verificare l’effettiva corrispondenza del risultato della prova scritta con la reale preparazione dell’allievo.
Exam: Written test; Compulsory oral exam;
Verification of the study capacity consists of a final exam which will ascertain the acquisition of knowledge and of the expected skill (see above) through a 2 hour written test, without the use of notes or books, and of a subsequent oral examination (should the written test be successful). In order to verify whether the objective of learning specific knowledge has been reached, and therefore the acquisition of knowledge and the capacity of comprehension and practical application of this knowledge, the verification will involve tests of different types. The written test will have 10 questions, i.e. theory questions and/or exercises. Each question will refer to the theory dealt with during the lessons, while the exercises will involve a calculation problem. For the questions, it will be necessary to explain the theory and to demonstrate knowledge of the theory. For the exercises, the student will be asked to supply procedures and numerical results in order to show his/her capacity to individuate solutions. The written test will be considered passed when the student receives a minimum mark of 18 out of 30. After the written tests have been corrected, the student will be called on to participate in an oral examination, which will consist of a possible review of the written test in which the teacher will inform the student of the results of the correction, resolve any possible doubts on the expressed mark and formulate other possible questions on the theory in order to verify the effective correspondence of the results of the written test with the real preparation of the student.


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