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Progettazione di veicoli aerospaziali

02NHSMT

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 59
Esercitazioni in aula 3
Esercitazioni in laboratorio 18
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Carrera Erasmo - Corso 1 Professore Ordinario ING-IND/04 41 0 18 0 1
Frulla Giacomo - Corso 2 Professore Associato ING-IND/04 54 3 18 0 1
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/04
ING-IND/04
4
4
C - Affini o integrative
B - Caratterizzanti
Attività formative affini o integrative
Ingegneria aerospaziale ed astronautica
2020/21
Il corso si propone di presentare agli allievi, in una visione interdisciplinare, le problematiche della progettazione dei veicoli aerospaziali sintetizzando le conoscenze acquisite nei corsi di aerodinamica, meccanica del volo, strutture aerospaziali, motori per aeromobili, etc., e poter quindi effettuare il progetto generale e di dettaglio di un Velivolo da trasporto passeggeri; in particolare, si vorrà far comprendere come tutte tali scienze siano tra di loro fortemente interconnesse in un ciclo chiuso di ottimizzazione multidisciplinare. Gli studenti saranno messi in grado di utilizzare il software maggiormente in uso nell’industria aerospaziale quali i mezzi di disegno 3D (Catia) e di calcolo sia teorico che numerico per il progetto di un veicolo aerospaziale (Nastran, etc.). Come da antica tradizione di questo Politecnico, una parte del corso (essendo questo inserito nell’ambito del Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/04 – Costruzione e Strutture Aerospaziali) verterà sull’analisi teorica delle strutture aerospaziali (20h circa).
One of the educational objectives of an aeronautical engineering curriculum is to introduce students to the procedures and practices of Aircraft and Space Vehicle design (both conceptual and preliminary and partially detail) as a means of illustrating the often conflicting requirements of the many involved disciplines (Multidisciplinary System Design Optimization). Aircraft Design course provides a team-based aircraft design experience that requires creativity, organizational skills, analysis component integration and effective application of the concepts achieved in the aerospace curriculum. All students attending the course have to design a transport aircraft by using self-developed and professional software as: CATIA, NASTRAN, etc. Furthermore, as old tradition of Polito, a short part of the course (about 20 hours) will be dedicated to the theoretical analysis of the aerospace structures.
Capacità di eseguire delle analisi teoriche e numeriche, di tipo interdisciplinare, sulle varie scienze costituenti il progetto di un veicolo aerospaziale.
Students shall be able to carry interdisciplinary analysis (as theoretical as well numerical) to design an Aerospace Vehicle.
Buona conoscenza di costruzioni aeronautiche, aero- e gasdinamica, meccanica del volo, motori per aeromobili, strutture aeronautiche, tecnologie aerospaziali.
Good knowledge of Aero- & Gasdynamics, Flight Mechanics, Jet propulsion, Aircraft Structures.
Veicoli Spaziali Overview dei veicoli spaziali abitati e dei lanciatori. Scenario delle prospettive dello spazio; esplorazione spaziale; obiettivi e fase del progetto; vincoli, analisi e requisiti della missione; Prestazioni e Sicurezza della Missione. Carichi di progetto, effetti ambientali a terra e nello spazio: vuoto, radiazioni, protezione da micro meteoriti, etc. Fase A del progetto: definizione, progetto e sviluppo, produzione, assemblaggio e integrazione. Fasi e tendenze del progetto di aeromobili Indagine di Mercato; Fasi Del Progetto; Layout Fusoliera, Ala, etc. Analisi critica delle diverse configurazioni. Progetto come ottimizzazione; indici di merito; stima preliminare dei pesi, centramento del velivolo e caratteristiche inerziali. Prestazioni del Velivolo, Analisi e Stima dei Costi. Influenza sul progetto delle Norme di Aeronavigabilità. Sicurezza in volo. Progetto Aerodinamico [scelta dei profili in funzione dei requisiti di volo; caratteristiche aerodinamiche dei profili alari (2D) e delle superfici portanti (3D); contributo dei diverse componenti alla resistenza totale; sistemi di ipersostentazione. etc. Progetto per le prestazioni e qualità di volo; requisiti di volo; decollo, atterraggio, salita in quota e missione operativa; stabilità e manovrabilità; etc. Potenze necessarie per il volo, sistemi propulsivi, consumi ed autonomie. Inquinamento acustico ed atmosferico. Progetto e realizzazione di Velivoli elettrici. Progetto strutturale: tema e requisiti di specifica. Livelli di carichi di progetto. Prescrizioni di robustezza, rigidezza, elasticità. Carichi derivanti da manovre dell'aeromobile e dalla turbolenza atmosferica. Norme di aeronavigabilità. Campo di sicurezza assoluto e campo di sicurezza regolamentare. Fattori di carico. Principali tipi di manovre e relativi fattori di carico. Condizioni ambientali. Concetto di struttura safe-life, fail-safe e damage tolerant. Fatica e meccanica della frattura come aspetti caratterizzanti il progetto delle strutture aeronautiche; spettri di carico a fatica. Problemi relativi alla sicurezza, vita a fatica ed affidabilità delle strutture aerospaziali. Fenomeni di concentrazioni di tensioni. Principali materiali aerospaziali (Leghe di Mg, Al, Ti, Acciai, Compositi): caratteristiche meccaniche, criteri di scelta e di impiego. Teoria dei laminati multistrato e delle strutture sandwich. Fenomeni non-lineari tipici delle strutture aeronautiche. Stabilità delle strutture; cassoni alari soggetti a flessione e/o torsione, etc. Tensioni correttive. Prove sperimentali.
Space Vehicle Design Overview of main manned space vehicles and launchers. Historical aspects. Space market; scenario and perspectives. Space exploration; design objectives and phases; mission constraints, analysis and requirements. Mission performances and Safety. Design loads, space mission environment: vacuum, radiation, micro-meteorites impacts, etc. Phase A design: definitions, design and development, production, assembly and integration. Aircraft Design Aircraft market growth outlook. Design stages; Fuselage and Wing layout. Critical analysis of different configurations. Merit index for design optimization. Preliminary weights, centre of gravity and inertial characteristics. Aircraft flight performances; Cost analysis and estimation. Airworthiness requirements and flight Safety. Aerodynamic Design [airfoil analysis as function of flight requirements; aerodynamic characteristics of wing airfoil (2D) and of lifting surfaces (3D); drag contribution of several surfaces to total drag; flap and slats, etc. Flight performances and handling quality design; flight requirements; take-off, climbing and cruise. Power required for flight, propulsive systems, fuel consumption, endurance, etc. Noise and atmospheric pollution; environmentally friendly electric aircraft design. Structural design: specific requirements, design load levels. Ultimate, stiffness, elastic requirements; load factors; Fatigue and fracture mechanics; stress concentration; loads spectrum; manoeuvre and gust loads; safe-life, fail-safe e damage tolerant structural design. Comparison of main structural aerospace materials (Al, Ti, steel alloys, composite materials); mechanical and physical characteristics. Sandwich structures and laminate theoretical analysis. Buckling and post-buckling of stiffened and un-stiffened structures; wing box structures under pure flexure or torsion.
I corsi A e B potranno essere svolti in maniera diversa dai docenti titolari degli stessi, conservando gli abbiettivi base della conoscenza delle Strutture Aeronautiche. Lo stesso dicasi per l'accertamento finale che potrà essere orale, scritto o misto. The courses A and B could be held in different forms. The main objectives of the Aeronautical Structures knowledge will be preserved. The final exams could be written and/or oral.
The courses A and B could be held in different forms. The main objectives of the Aeronautical Structures knowledge will be preserved. The final exams could be written and/or oral.
Gli studenti dovranno effettuare il Progetto preliminare di un aeromobile. Definizione dei requisiti della missione di volo. Norme di aeronavigabilità. Determinazione delle caratteristiche aerodinamiche dei profili alari (metodi diretti ed inversi) e delle superfici portanti (distribuzione dei carichi aerodinamici). Determinazione dei contributi dei diverse componenti alla resistenza totale. Stima preliminare dei pesi e delle caratteristiche geometriche ed inerziali. Prestazioni e qualità di volo; requisiti di volo, stabilità e manovrabilità; brusca manovra longitudinale, Potenze necessarie per il volo, sistemi propulsivi, consumi, autonomia. etc. Progetto di dettaglio strutturale di un aeromobile. Diagrammi di manovra e raffica; Tracciamento dei diagrammi di sforzo normale, taglio, momento flettente e momento torcente sulle diverse superfici (ala, fusoliera, impennaggi). Studio delle strutture degli elementi principali col metodo degli elementi finiti. Realizzazione modello con CATIA ed Analisi con NASTRAN. Le diverse esercitazioni numeriche saranno tenute, in un’unica seduta di 1,5 ore, presso i Laboratori Informatici del CESIT. La tesina relativa al progetto di un aeromobile (non obbligatoria) può essere svolta in gruppo (4-5 studenti).
Students shall carry out the preliminary and detail design of a transport aircraft. Fuselage and Wing layout. Flight requirements and phases. Airworthiness regulations. Aerodynamic Design: characteristics of wing airfoil (2D) and of lifting surfaces (3D); drag contribution of several surfaces to total drag; flap and slats, etc. Preliminary weights, centre of gravity and inertial characteristics. Flight performances and handling quality design; flight requirements; take-off, climbing and cruise. Power required for flight, propulsive systems, fuel consumption, endurance, etc. Detail aircraft structural analysis. Manoeuvre and gust diagrams; wing shear, bending and torsion moment diagrams CAD drawing by CATIA; FEM structural analysis by NASTRAN Theoretical and Numerical analysis shall be carried in CESIT Informatics Laboratory. The report including the aircraft design (not mandatory) should be prepared by a maximum of 4-5 students together.
1) L.R. Jenkinson, P. Simpkin, D. Rhodes: "Civil Jet Aircraft Design", Arnold Publ., 1999. 2) E. Torenbeek: "Synthesis of Subsonic Airplane Design", Delft Univ. Press, 1976. 3) J. Roskam: "Airplane Design", Part I-VIII, Roskam, 1985 4) D. Howe: “Aircraft Conceptual Design Synthesis”, Professional Engineering Publ., 2000. 5) D. P. Raymer: “Aircraft Design: A Conceptual Approach”, AIAA Education Series, 1989. 6) D. Stinton: “The Design of the Aeroplane”, BSP Professional Books, Oxford, 1993. 7) L.R. Jenkinson, J. F. Marchman III: “Aircraft Design Projects for engineering students”, Butterworth-Heinemann. (Elsevier Science Ltd), 2003. 8) C. Matthews: “Aeronautical Engineer’s Data Book”, Butterworth-Heinemann, 2002. 9) G. Romeo: Appunti per il corso di "Progettazione di Veicoli Aerospaziali". Vol. 1 e 2. Politeko Ed. (Non esaustivo). 10) G. Romeo, G. Frulla: "Buckling & Post-Buckling Of Advanced Composite Structures", Pubblicazioni varie. 11) E. Antona, 'Appunti di Progetto di Aeromobili', 2005
1) L.R. Jenkinson, P. Simpkin, D. Rhodes: "Civil Jet Aircraft Design", Arnold Publ., 1999. 2) E. Torenbeek: "Synthesis of Subsonic Airplane Design", Delft Univ. Press, 1976. 3) J. Roskam: "Airplane Design", Part I-VIII, Roskam, 1985. 4) D. Howe: “Aircraft Conceptual Design Synthesis”, Professional Engineering Publ., 2000. 5) D. P. Raymer: “Aircraft Design: A Conceptual Approach”, AIAA Education Series, 1989. 6) D. Stinton: “The Design of the Aeroplane”, BSP Professional Books, Oxford, 1993. 7) L.R. Jenkinson, J. F. Marchman III: “Aircraft Design Projects for engineering students”, Butterworth-Heinemann (Elsevier Science Ltd), 2003. 8) C. Matthews: “Aeronautical Engineer’s Data Book”, Butterworth-Heinemann, 2002. 9) G. Romeo: Appunti per il corso di "Progettazione di Veicoli Aerospaziali". Vol. 1 e 2. Politeko Ed. (Not complete). 10) G. Romeo, G. Frulla: "Buckling & Post-Buckling Of Advanced Composite Structures", Pubblicazioni varie. 11) E. Antona, 'Appunti di Progetto di Aeromobili', 2005
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova orale facoltativa; Elaborato grafico prodotto in gruppo; Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus); Elaborato progettuale in gruppo;
E' assicurata la possibilità di sostenere esame in remoto secondo le possibilità stabilite dal politecnico
Exam: Compulsory oral exam; Optional oral exam; Group graphic design project; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus); Group project;
The possibility of remote examination is ensured in the terms established by the Polytechnic.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova orale facoltativa; Elaborato grafico individuale; Elaborato scritto individuale; Elaborato scritto prodotto in gruppo; Elaborato progettuale in gruppo;
E' assicurata la possibilità di sostenere esame in remoto secondo le possibilità stabilite dal politecnico. Per il corso A è prevsito un orale, in presenza e remoto accompganto da una discussione delle relazoni relativi agli eleborati prodotti durente il corso. Per corso B l'esame prevede uno scritto ( 2 h) sugli argomenti del corso ( max 23 punti su 30) + la consegna di una relazione sintetica facoltativa preparata da soli o in gruppo (max 5 persone) da consegnare almeno 3 giorni prima dell'esame (per un max di 7 punti su 30). Il voto finale sarà la somma dei due contributi indicati. 1) versione in aula: uno scritto (durata 2h) e un orale facoltativo. 2) versione telematica : domande scritte con videosorveglianza del docente e una parte orale facoltativa in videoconferenza .
Exam: Compulsory oral exam; Optional oral exam; Individual graphic design project; Individual essay; Group essay; Group project;
The possibility of remote examination is ensured in the terms established by the Polytechnic.


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