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PORTALE DELLA DIDATTICA

Progettazione di veicoli aerospaziali

02NHSMT

A.A. 2021/22

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 60
Esercitazioni in aula 12
Esercitazioni in laboratorio 8
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Carrera Erasmo - Corso 1 Professore Ordinario ING-IND/04 60 12 11 0 3
Frulla Giacomo - Corso 2 Professore Associato ING-IND/04 51 9 15 0 3
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/04
ING-IND/04
4
4
B - Caratterizzanti
C - Affini o integrative
Ingegneria aerospaziale ed astronautica
Attività formative affini o integrative
2021/22
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, sistemi, strutture aerospaziali, motori per aeromobili. Fra le applicazioni maggiore rilevo sarà dato aal progetto velivolo commerciale subsonico. 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.). Si approfondiranno inoltre alcuni temi delle strutture aerospaziali ed in particolare il loro progetto a fatica.
The course aims to present to the students, in an interdisciplinary vision, the problems of aerospace vehicle design by synthesizing the knowledge acquired in the courses of aerodynamics, flight mechanics, systems, aerospace structures, aircraft engines. Among the most important applications, attention will be paid to the subsonic commercial aircraft project. Students will be able to use the most widely used software in the aerospace industry such as 3D design tools and both theoretical and numerical calculation tools for the design of an aerospace vehicle (Nastran, etc.). Part of the course will be devoted to fatigue design, damage-tolerant structures, and related topics
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, sistemi e impianti, meccanica del volo, motori per aeromobili, strutture aeronautiche, tecnologie aerospaziali.
Good knowledge of Aero- & Gasdynamics, Flight Mechanics, Jet propulsion, Aircraft Structures.
Rassegna dei veicoli spaziali. 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. Rassegna di aeromobili. Analisi preliminare di 'avamprogetto' o progetto concettuale. 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. Durante le esercitazioni, vengono illustrate le più moderne metodologie di progettazione integrata dei velivoli, privilegiando lo studio delle metodologie di prototipazione rapida che si basano su schemi iterativi e ricorsivi, rispetto agli schemi a cascata o sequenziali, ormai obsoleti. A partire da un set di requisiti di alto livello, ogni studente è invitato ad applicare le metodologie e gli strumenti forniti a lezione per svolgere tutte le principali attività necessarie alla definizione di un concetto fattibile di velivolo. Tra le principali attività svolte dagli studenti, si notino: la derivazione dei requisiti di progetto e la loro suddivisione formale secondo gli standard internazionalmente riconosciuti; la derivazione di una popolazione statistica adeguata; derivazione di leggi statistiche e confronto rispetto ai modelli semi-empirici presenti in letteratura; Definizione di diagrammi Payload-Range; l'individuazione di aree di fattibilità e suggerimento delle possibili soluzioni ottimali; avamprogetto dell’ala, dalla selezione del profilo alare, allo sviluppo dell’ala tridimensionale; progettazione della fusoliera; progettazione degli impennaggi e delle relative superfici mobili; valutazione preliminare delle prestazioni aerodinamiche e propulsive; verifica dei requisiti relativi alla corsa di decollo ed atterraggio e delle caratteristiche inerziali, anche attraverso l’uso di modellazione CAD parametrica.
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 del Progetto di veivoli aeronatici e spaziali. 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. Per il corso A è previsto il progetto, a squadra, di un veilvolo diverso dall'aeromaobile subsonico di uso commerciale. Le diverse esercitazioni numeriche saranno tenute presso i Laboratori Informatici di Ateneo. La tesina relativa al progetto di un aeromobile potrò essere svolta a livello individuale o in gruppo.
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 scritta (in aula); Elaborato scritto individuale;
Exam: Written test; Individual essay;
Lo studente sarà seguito personalmente dal docente e/o dai collaboratori nell’apprendimento, durante le lezioni, le esercitazioni ed il laboratorio in corso d’anno. E’ fortemente consigliata la frequenza delle lezioni e delle esercitazioni in laboratorio. Si andrà a verificare la conoscenza adeguata degli aspetti metodologici-operativi insegnati durante il corso, e la capacità di utilizzare tale conoscenza per interpretare e descrivere i problemi relativi ai contenuti del Corso. Per il corso A l'accertamento consiterà in una prova orale che sarà preceduta da una valutazion delle relazioni prodotte. Per il corso B la preparazione dello studente sarà valutata in un esame scritto a risposta aperta sugli argomenti trattati a lezione e sulla tesina concernente il progetto preliminare di un velivolo. La relazione sul progetto di aeromobile (non obbligatoria) deve essere consegnata su CD o USB, inclusi tutti i programmi e dati utilizzati, almeno tre giorni prima la data ufficiale dell’appello. Il contributo della tesina al voto finale (se realmente elaborata e consegnata) viene valutato da 0 a 7/30, in base alla qualità della relazione, dei calcoli effettuati e dei programmi elaborati. L’esame scritto viene valutato da 0 a 23/30. Voto finale (da 0 a 30/30 e lode) sarà ottenuto dalla somma del voto della tesina e dell’esame scritto. All’esame non è ammesso l’utilizzo di alcun tipo di materiale.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Individual essay;
Students shall be followed by professor and tutors during lessons and exercises. The attendance of lessons and exercises is strongly recommended. E’ fortemente consigliata la frequenza delle lezioni e delle esercitazioni in laboratorio. The methodological and analytical elements explained during the course and the capability to use such elements for designing an aerospace vehicle shall be verified during the final exam. The preparation of the student will be assessed in a written examination on the topics covered in class and on a report concerning the preliminary design of an aircraft (in detail for the structural design). A report on the aircraft designed (not mandatory) must be delivered on CD or USB key, including all programs and data used, at least three days before the official date of the appeal. The duration of the written examination will be of two hours and the student must answer two theoretical topics covered in class and one in the report concerning the preliminary design of an aircraft. The report's contribution to the final score (if really prepared and delivered) is evaluated from 0 to 7/30, depending on its quality based on the calculations and the programs prepared. The written exam is evaluated from 0 to 23/30. Final score (0 to 30/30 with lode) will be obtained from the sum of the votes of the report and the written examination. Since course held this year shall be the last given by the Professor (retire 1st October 2020) it is recommended to take their exam before that time; it is not absolutely guaranteed that new Professor shall maintain the same topics and procedures.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova orale facoltativa; Elaborato grafico prodotto in gruppo; Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; 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 using the PoliTo platform; 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 previsto 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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