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PORTALE DELLA DIDATTICA

Motori per aeromobili

03BUJMT

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 51
Esercitazioni in aula 27
Esercitazioni in laboratorio 3
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Pastrone Dario Giuseppe - Corso 1 Professore Ordinario ING-IND/07 49.5 12 0 0 16
Pastrone Dario Giuseppe - Corso 2 Professore Ordinario ING-IND/07 49.5 12 0 0 16
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/07 8 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale ed astronautica
2020/21
Il corso si propone di fornire all'allievo le conoscenze necessarie riguardo ai principali motori e propulsori aeronautici. Il corso si addentra nello studio del funzionamento dei turbomotori (turboalberi e turboeliche) e dei principali propulsori a getto (turboreattori semplice e a doppio flusso, autoreattori) mostrando l'incidenza dei principali parametri termofluidodinamici sulle prestazioni, in termini di potenza o spinta e consumi, ed evidenziando il comportamento della macchina al variare delle condizioni di impiego e in risposta ai comandi di regolazione. Vengono inoltre forniti gli elementi base relativi agli endoreattori chimici.
The course aims at providing to the students the necessary knowledge of the most important aerospace propulsion devices including aircraft engines. Turboshafts, turboprops, turbojets, turbofans, ramjets and chemical rockets are considered. After recalling the effects of the main thermo-fluidodynamics parameters on the on-design performance (specific power/thrust and fuel consumption) and size, the effects of component matching, flight conditions and throttling on behavior and steady-state off-design performance are analyzed. Moreover the basic principles of chemical rockets are given.
Obiettivo del corso è di approfondire la conoscenza dei principali propulsori aerospaziali attualmente impiegati, sviluppando nell'allievo le abilità necessarie per il dimensionamento di massima e la stima delle prestazioni on-design e off-design in condizioni stazionarie, tenendo conto dei limiti legati ai componenti più importanti. In particolare le metodologie fornite consentiranno all¿allievo, al termine del corso, di identificare i parametri di progetto, di studiare l'influenza dei parametri di progetto sulle prestazioni specifiche a progetto e sulle dimensioni di massima, tenuto conto dei limiti legati ai principali componenti del propulsore. L'allievo sarà poi in grado di determinare il numero di manette per propulsori esistenti e di nuova concezione. La conoscenza del funzionamento dei principali componenti motore e lo sviluppo di una modellizzazione adeguata permetterà infine all'allievo di valutare la loro interazione e di stimare le prestazioni stazionarie del propulsore in condizioni off-design.
The course goal is to deepen the students knowledge of the most common propulsion systems, providing the necessary tools for engine/motor sizing and for evaluating steady-state on-design and off-design performance, while taking into account the limitations of the main components. Specifically, at the end of the course, the students will be able to identify the most important design parameters and study their influence on the specific steady-state on-design performance and size, taking into account engine components constraints. The students will be able to identify the degrees of freedom (throttles) of existing or new/advanced propulsion systems. An adequate knowledge of behavior and modeling of main engine components will give the students the know-how in order to study component matching and evaluate off-design steady state performance.
Nozioni di base di meccanica dei fluidi, di termo-fluidodinamica, e di aerodinamica supersonica, nonché elementi e generalità sui propulsori, secondo quanto fornito nel corso di studi della laurea in ingegneria aerospaziale.
Fundamentals of fluid mechanics, thermodynamics, supersonic aerodynamics, fluid machines and propulsion as given in first level courses.
Classificazione e descrizione dei principali propulsori aerospaziali. Analisi critica di concetti fondamentali della propulsione e delle prestazioni. Definizioni di prestazioni di comune impiego. La spinta e il suo costo. Spinta standard, spinta interna, resistenza addizionale e suo recupero sulla carenatura. Principali componenti di propulsori aeronautici. Generalità e prese d’aria subsoniche. Prese d’aria supersoniche a compressione esterna, interna e mista. Combustori. Richiami su compressori, turbine e ugelli propulsivi. Preparazione allo studio del comportamento fuori progetto delle turbomacchine: grandezze adimensionate e corrette; relazioni di congruenza e individuazione dei parametri di regolazione interna. Richiami relativi all’on-design (parametri di progetto e prestazioni) e comportamento in regolazione dei turbomotori e dei turboreattori. Influenza della organizzazione meccanica (disposizione monoalbero o bi/plurialbero). Studio delle prestazioni dei turbomotori e dei turbopropulsori, nel comportamento regolato. Problemi di accoppiamento presa d'aria-propulsore: caso del turboreattore e dell'autoreattore. Metodi per l'aumento temporaneo della spinta. Cenni su transitori ed emissioni. Sistemi secondari. Controllo del propulsore e health monitoring. Certificazione. Introduzione alle nuove frontiere: additive manufacturing, digital and smart fleet. Endoreattori chimici: nozioni di base. Prestazioni e modello di endoreattore ideale. Coefficiente di spinta ed influenza del rapporto di miscela. Endoreattori a propellenti liquidi, endoreattori a propellenti solidi e endoreattori a propellenti ibridi.
Classification and features of aerospace propulsion systems. Propulsion and performance fundamentals. Performance definitions. Thrust and its cost: standard thrust, internal thrust and additive drag (pre-entry thrust). Jet engines main components. Generalities and subsonic air intakes. Supersonic intakes: external, internal and mixed compression. Combustors. Recalls on compressors, turbines and propulsive nozzles. Recalls of on-design analysis (performance and design parameters). Fundamentals of turbo-engines off-design behavior: non-dimensional and corrected parameters/performance; basic equations; levers. Influence of engine architecture (single or multiple spool). Study of the off-design performance of airbreathing engines. Intake/turbojet and intake/ramjet matching. Thrust augmentation. Introduction to transients and emissions. Secondary systems. Jet engine control and health monitoring. Certification. Introduction to new frontiers for jet propulsion: additive manufacturing, digital and smart fleet. Rocket propulsion elements. Chemical rockets: Performance and ideal rocket model. Thrust coefficient and influence of the mixture ratio. Generalities on liquid rocket engines, solid rocket motors and hybrid rocket engines.
Le esercitazioni, di carattere numerico, sono finalizzate al dimensionamento preliminare e al calcolo delle prestazioni dei propulsori in condizioni di progetto e in condizioni di regolazione.
Numerical exercises: sizing and evaluation of on-design/off-design performance of airbreathing engines and rockets.
Appunti e materiale distribuito a lezione Per ulteriori approfondimenti Hill, Peterson, Mechanics and Thermodynamics of Propulsion, 2nd Edition , Addison-Wesley, 1992 Mattingly, J.D. et alii, Aircraft Engine Design, 2nd Edition, AIAA Educational Series, AIAA, New York, 2002. Sutton, Biblartz, Rocket Propulsion Elements, Wiley&Sons 2016.
Notes distributed during lesson Hill, Peterson, Mechanics and Thermodynamics of Propulsion, 2nd Edition , Addison-Wesley, 1992 Mattingly, J.D. et alii, Aircraft Engine Design, 2nd Edition, AIAA Educational Series, AIAA, New York, 2002. Sutton, Biblartz, Rocket Propulsion Elements, Wiley&Sons 2016.
Modalità di esame: Elaborato scritto individuale; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
La prova di valutazione è scritta, della durata di due ore, sotto forma di quesiti a risposta chiusa e aperta su argomenti di teoria sviluppati nelle lezioni (22 punti) e sulle esercitazioni svolte in aula (8 punti). Per la parte relativa alle esercitazioni sono previsti anche brevi calcoli. Non prevede l'uso di materiale didattico.
Exam: Individual essay; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
La prova di valutazione è scritta, della durata di due ore, sotto forma di quesiti a risposta chiusa e aperta su argomenti di teoria sviluppati nelle lezioni (22 punti) e sulle esercitazioni svolte in aula (8 punti). Per la parte relativa alle esercitazioni sono previsti anche brevi calcoli. Non prevede l'uso di materiale didattico.
Modalità di esame: Elaborato scritto individuale; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
La prova di valutazione è scritta, della durata di due ore, sotto forma di quesiti a risposta chiusa e aperta su argomenti di teoria sviluppati nelle lezioni (22 punti) e sulle esercitazioni svolte in aula (8 punti). Per la parte relativa alle esercitazioni sono previsti anche brevi calcoli. Non prevede l'uso di materiale didattico.
Exam: Individual essay; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The assessment test is written, lasting two hours, in the form of closed-ended and open-ended questions on theoretical topics developed in the lessons (22 points) and on the classroom exercises (8 points). For the part relating to the exercises there are also short calculations. It does not foresee the use of didactic material.


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