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PORTALE DELLA DIDATTICA

Meccanica del volo

02EUGMT

A.A. 2020/21

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 65
Esercitazioni in aula 15
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Gili Piero - Corso 1 Professore Associato ING-IND/03 55 0 0 0 5
Gili Piero - Corso 2 Professore Associato ING-IND/03 55 0 0 0 5
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/03 8 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale ed astronautica
2019/20
Il corso fornisce allo studente la metodologia per la determinazione e la discussione dei modelli matematici della dinamica del velivolo, limitatamente al corpo rigido. Illustra inoltre le nozioni base delle caratteristiche aeromeccaniche longitudinali e latero-direzionali dei velivoli con riferimento alla stabilità statica e dinamica, con una trattazione che fa riferimento al modello linearizzato. Il corso intende inoltre fornire agli allievi gli strumenti per comprendere i problemi fondamentali del controllo del velivolo, infatti, oltre allo studio della risposta del velivolo al comando ed al disturbo atmosferico, vengono fornite le nozioni di base relativamente agli argomenti dell’interfaccia uomo-macchina e delle qualità di volo. Per raggiungere questi obbiettivi, l’allievo deve acquisire una conoscenza approfondita delle metodologie di calcolo specifiche della meccanica del volo. Le esercitazioni vengono svolte per dare allo studente la possibilità di valutare in modo quantitativo quanto appreso durante le lezioni teoriche. Questo insegnamento intende inoltre fornire allo studente gli strumenti per utilizzare il linguaggio tecnico internazionale nello specifico settore della Meccanica del Volo.
The course provides the student with the methodology for the determination and discussion of the mathematical models of the dynamics of the aircraft, limited to the rigid body. It also illustrates the basic notions of the longitudinal and latero-directional aeromechanical characteristics of the aircraft with reference to the static and dynamic stability, with a treatment that refers to the linearized model. The course also aims to provide students with the tools to understand the fundamental problems of control of the aircraft, in fact, in addition to the study of the response of the aircraft to the command and atmospheric disturbance, the basics are given on the topics of the human-machine interface and flight quality. To achieve these goals, the student must acquire an in-depth knowledge of the specific calculation methodologies of flight mechanics. The exercises are carried out to give the student the opportunity to quantitatively evaluate what has been learned during the theoretical lessons. This course also aims to provide the student with the tools to use the international technical language in the specific field of Flight Mechanics.
Obiettivo del corso è sviluppare nell’allievo la capacità di comprendere i problemi della progettazione aeromeccanica del velivolo, in funzione della sua missione, identificandone le problematiche principali e valutando le possibili soluzioni. Le nozioni teoriche acquisite, unitamente agli aspetti progettuali che vengono affrontati nel corso, dovrebbero permettere all’allievo di identificare, in modo scientificamente corretto, in relazione alla meccanica del volo, la soluzione progettuale migliore. Quindi al termine dell’insegnamento si chiederà allo studente di aver acquisito una capacità di progettazione aeromeccanica del velivolo, mediante l’integrazione delle conoscenze acquisite in questo corso con le informazioni raccolte nei corsi seguiti durante la laurea di 1° livello. Fondamentale sarà dimostrare di aver acquisito una buona capacità di comunicazione tecnica in modo da potersi interfacciare con tutte le discipline aeronautiche e una sufficiente autonomia nell’individuare gli aspetti progettuali da approfondire, in modo da affrontare nel modo corretto un qualsiasi progetto aeronautico.
The aim of the course is to develop the student's ability to understand the problems of the aircraft's aeromechanical design, according to its mission, identifying the main problems and evaluating possible solutions. The theoretical knowledge acquired, together with the design aspects that are dealt with in the course, should allow the student to identify, in a scientifically correct way, in relation to the mechanics of the flight, the best design solution. Therefore at the end of the course the student will be asked to have acquired an aeromechanical design capability of the aircraft, by integrating the knowledge acquired in this course with the information collected in the courses followed during the 1st level degree. It will be essential to demonstrate that it has acquired a good technical communication capacity so as to be able to interface with all aeronautical disciplines and sufficient autonomy in identifying the project aspects to be explored, in order to deal with any aeronautical project in the right way.
L’allievo che accede all’insegnamento deve aver acquisito precedentemente le nozioni fondamentali della Meccanica Applicata, dell’Aerodinamica e del calcolo delle prestazioni del velivolo. Inoltre deve disporre degli strumenti di base del calcolo algebrico, differenziale ed integrale. E’ anche necessario che abbia acquisito le nozioni dell’algebra matriciale. E’ anche richiesta una buona conoscenza della lingua inglese, che permetta la lettura di testi tecnici e scientifici in lingua inglese.
The student who accesses the teaching must have previously acquired the basic notions of Applied Mechanics, Aerodynamics and the calculation of the performance of the aircraft. Furthermore, he must have the basic tools of algebraic, differential and integral calculus. It is also necessary that he acquired the notions of the matrix algebra. A good knowledge of English is also required, which allows the reading of technical and scientific texts in English.
Richiami ed integrazioni di Meccanica del Volo [30 ore]. Equilibrio e stabilità statica longitudinale. Virata e moti curvi nel piano di simmetria e non: la virata corretta e non. La richiamata. L’atmosfera non in quiete: La raffica, diagramma di manovra e di raffica. Aletta compensatrice, correttrice e servomotrice. Determinazione della posizione del fuoco a comandi bloccati e liberi per via teorica e sperimentale. Il requisito della speed stability. Il momento di cerniera e il requisito della stabilità del comando. Sforzo di barra ed effetto dell'attrito; i requisiti del comando longitudinale: istintività, trimmabilità, sensibilità. Il moto curvo nel piano di simmetria; punto di manovra a comandi bloccati e liberi: requisiti sui gradienti elevator angle per g e stick force per g. Cenni sui problemi di equilibramento statico e dinamico della superficie di comando. Posizione limite anteriore del baricentro con e senza "effetto suolo". Introduzione alla meccanica del volo dell’elicottero [6 ore]: Terminologia. I comandi di volo. L’aerodinamica del rotore. Prestazioni e regimi di volo, potenze necessarie e disponibili. Regimi di salita e quota di tangenza. Moto vario del velivolo [24 ore]. Riferimento inerziale e riferimento velivolo: assi corpo, assi vento, assi di stabilità. Le equazioni generali del moto non stazionario; le equazioni delle forze in assi vento; le equazioni di forze e momenti in assi corpo. La linearizzazione delle equazioni con le ipotesi delle piccole perturbazioni. Equazioni in forma adimensionalizzata. Moto longitudinale: la soluzione del sistema, diagrammi di Argand. Diagrammi di stabilità, luogo delle radici, tipi di traiettoria. Moto longitudinale a comandi liberi: la soluzione del sistema. Equazioni del moto latero-direzionale: la soluzione del sistema, diagrammi di Argand. Equazioni della cinematica e di navigazione. Metodi sperimentali e teorici nella determinazione delle derivate aerodinamiche. [12 ore] Le derivate aerodinamiche nelle variabili di stato del moto vario longitudinale; le derivate di controllo nell'angolo di barra dell'equilibratore. Le derivate aerodinamiche del moto vario latero-direzionale; le derivate di controllo negli angoli di barra del timone e degli alettoni. L’autorotazione. Richiami ai concetti di risposta del velivolo all’input esterno in campo lineare [8 ore]. Risposta al comando longitudinale a gradino e laterale a gradino. Caratteristiche di risposta del velivolo all’input esterno: Iso Opinion Plot e Flying/handling qualities.
Recalls and integrations of Flight Mechanics [30 hours]. Equilibrium and longitudinal static stability. Turn and curved motions in the plane of symmetry and outside of it: the standard and not standard turn. The pitchup. The real atmosphere not in quiet: The gust, maneuver and gust diagram. Compensation tab, trim tab and servomotor tab. Determination of the position of the neutral point in fixed and free commands situations theoretically and experimentally. The requirement of speed stability. The moment of hinge and the requirement of the stability of the command. Stick force and friction effect; the requirements of the longitudinal control: instinctivity, trimmability, sensitivity. The curved motion in the symmetry plane; manoeuvre point for locked and free controls: elevator angle for g and stick force for grequirements. Overview of the static and dynamic balancing problems of the control surfaces. Forward limit position of the center of gravity with and without "ground effect". Introduction to the helicopter flight mechanics [6 hours]: Terminology. Flight controls. The aerodynamics of the rotor. Performance and flight regimes, necessary and available powers. Climb performance and maximum altitude. Unsteady motion of the aircraft [24 hours]. Inertial reference and body reference frames: body axes, wind axes, stability axes. The general equations of unsteady motion; the equations of forces in wind axes; the equations of forces and moments in body axes. The linearization of the equations with the hypotheses of small perturbations. Equations in an adimensionalized form. Longitudinal motion: the solution of the system, Argand diagrams. Diagrams of stability, root loci, types of trajectory. Longitudinal motion with free controls: the solution of the system. Equations of latero-directional motion: the solution of the system, Argand diagrams. Kinematic and navigation equations. Experimental and theoretical methods in the determination of aerodynamic derivatives. [12 hours] The aerodynamic derivatives in the state variables in unsteady longitudinal motion conditions; the control derivatives in the elevator angle. The aerodynamic derivatives of the unsteady latero-directional motion; control derivatives in rudder and aileron angles. The autorotation. Recalls to the concepts of aircraft response to external linear input [8 hours]. Response to the step elevator angle and to the step aileron controls. Response characteristics of the aircraft to external input: Iso Opinion Plot and Flying / handling qualities.
Alle ore di lezione si alternano le esercitazioni in aula. In linea di massima alle ore di lezione corrisponde un numero di ore di esercitazione in aula pari al 20% del totale, cioè circa 15 ore di esercitazione, distribuite durante il corso, 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. Per quanto riguarda le esercitazioni, ne viene fornito il testo agli studenti. Il docente spiega in aula il procedimento per lo svolgimento dell’esercitazione e, successivamente, lo svolgimento dell’esercitazione viene caricato su portale. Gli esercizi sono proposti in modo da seguire il progressivo svolgimento didattico e richiedono semplicemente l’uso di calcolatrici tascabili. Logicamente gli stessi esercizi possono essere svolti in modo più completo realizzando semplici programmi in Matlab. Di norma per ogni ora di esercitazione in aula l’allievo deve prevedere un uguale tempo di lavoro personale a casa per completamenti.
Classroom exercises alternate with class time. Generally speaking, there are a number of classroom hours equal to 20% of the total, ie about 15 hours of practice, distributed during the course, strictly linked to the lessons, during which the student is asked to solve problems, with the aim to develop its ability to apply theory in the context of practical problems. The text of the exercises is provided in advance to the students. The teacher explains the procedure for the exercise in the classroom and, subsequently, the exercise is uploaded to the portal. The exercises are proposed in order to follow the progressive teaching and simply require the use of pocket calculators. Logically the same exercises can be done more completely by making simple programs in Matlab. Normally for each hour of classroom exercise the student must provide the same time of personal work at home for completions.
Non esiste al momento un libro di testo. Il docente fornirà copia degli appunti scritti durante le lezioni. Esistono vari libri che coprono in modo esteso tutti gli argomenti del corso e saranno indicati a lezione dal docente. Vari altri testi, in lingua italiana ed inglese, sono disponibili per eventuali approfondimenti e saranno anch’essi indicati dal docente. 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. Principali testi eventualmente consultabili: - Bernard Etkin, Dynamic of Atmospheric Flight, Wiley & Sons - Marcello R. Napolitano, Aircraft Dynamics, Wiley & Sons - Robert Nelson, Flight Stability and Automatic Control, 2nd edition, McGraw-Hill Co.
There is currently no textbook. The teacher will provide a copy of the notes written during the lessons. There are several books that cover all the topics of the course and will be indicated in class by the teacher. Various other texts, in Italian and English, are available for further study and will also be indicated by the teacher. Tutorials: the texts of the proposed problems are provided by the classroom exercisers and are also made available on the teaching portal. The trainers also provide, in the classroom, the written traces of the solution. Main texts that may be consulted: - Bernard Etkin, Dynamic of Atmospheric Flight, Wiley & Sons - Marcello R. Napolitano, Aircraft Dynamics, Wiley & Sons - Robert Nelson, Flight Stability and Automatic Control, 2nd edition, McGraw-Hill Co.
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 attese. 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: una prova scritta ed un successivo colloquio (nel caso di esito positivo della prova scritta). La prova scritta deve essere svolta senza l'aiuto di appunti o libri, utilizzando solamente una calcolatrice non programmabile e consiste in alcuni quesiti, cioè domande di teoria ed esercizi. Le domande corrispondono ciascuna a un argomento scelto tra quelli della teoria esposta a lezione, gli esercizi a un semplice problema, del tipo di quelli svolti ad esercitazione. 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 30. Il voto positivo della prova scritta non può essere rifiutato, ma, durante la prova scritta è possibile ritirarsi. Terminata la correzione di tutti gli elaborati scritti, gli studenti vengono convocati per prendere visione del compito, vederne la soluzione e iscriversi alla prova orale (obbligatoria) in uno dei giorni stabiliti sulla base del numero di studenti e della disponibilità della commissione d’esame. Il voto positivo della prova scritta non assicura il superamento dell’esame.
Exam: Written test; Compulsory oral exam;
The verification of learning consists of only the final exam that ascertains the acquisition of the expected knowledge. In order to verify in a rigorous way the achievement of the learning objectives and therefore the acquisition of knowledge and the ability to understand and apply them, the exam is divided into different tests: a written test and a subsequent interview (in case of positive result of the written test). The written test must be carried out without the aid of notes or books, using only a non-programmable calculator and consists of some questions, ie questions of theory and exercises. The questions correspond each to a topic chosen from those of the theory exposed in class, the exercises to a simple problem, of the type of those performed during tutorials. For the questions it is required to expose the theory, demonstrating its knowledge. For the exercise, it is requested to provide a numerical procedure and results in order to demonstrate the ability to identify the solution. The written test is considered passed with a minimum score of 18 points out of 30. The positive mark of the written test cannot be refused, but during the written test it is possible to retreat. After the correction of all the written papers, the students are summoned to examine they work, see the solution and to make a reservation for the oral exam (mandatory) on one of the days established on the basis of the number of students and the availability of the examination commission. The positive mark of the written test does not guarantee passing the exam.


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