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PORTALE DELLA DIDATTICA

Sistemi aerospaziali

03GKZMT

A.A. 2018/19

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
Corpino Sabrina Professore Associato ING-IND/05 35 6 0 0 9
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/05 8 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale ed astronautica
Valutazione CPD 2018/19
2018/19
Nel processo formativo dell'ingegnere aerospaziale, l'insegnamento in oggetto, posizionato al 1° anno della Laurea Specialistica ed obbligatorio per tutti gli studenti, si propone di fornire i concetti base sulla sistemistica aerospaziale interessante i velivoli e i veicoli spaziali di diverse tipologie e le relative infrastrutture di supporto e servizio necessarie per sostenere le loro operazioni. In particolare si intende far superare la visione 'impiantistica', ossia quella dove i singoli sottosistemi sono considerati come entità separate, prendendo in esame e approfondendo gli aspetti comuni, cioè quelli di integrazione tra detti sottosistemi, nel 'sistema velivolo o veicolo spaziale' e con alti sistemi esterni ad esso ma funzionalmente estremamente connessi, sino a giungere al concetto di 'Sistema di Sistemi'. La visione integrata di una sistemistica in cui coesistono disparate tecnologie, avrà l'utile effetto di favorire la crescita negli Allievi di una visione interdisciplinare.
Within the complete program of the courses of the Master of Science in Aerospace Engineering, the present course (at the first year) is compulsory for all students. It envisages to provide the students with the fundamentals of aerospace systems of different types of air and space vehicles and of their relative infrastructures to support operations. In particular the course aims at making the students able to overcome the traditional approach to systems as single and separate entities, taking specifically into account common aspects and interfaces between subsystems within systems and between systems within system of systems. The innovative approach to systems where various technologies are integrated is particularly useful to get the students more acquainted with a multidisciplinary view.
L'obiettivo è quello di sviluppare la mentalità sistemistica dell'allievo, facendogli conoscere i sistemi aerospaziali quale esempio di sistemi integrati complessi e innovativi. In particolare, ci si attende che l'allievo acquisisca le conoscenze sui sistemi aeronautici e spaziali che gli consentano di: - conoscere le peculiarità delle missioni aerospaziali, e il loro riflesso sui sistemi che devono concorrere a svolgerle; - conoscere le diverse tipologie di sistemi aerospaziali, dai velivoli atmosferici (con e senza pilota) a quelli spaziali (abitati e non) sia per missioni in orbita (satelliti, sonde, stazione spaziale) sia per esplorazioni planetarie su superficie (rover e insediamenti permanenti); - conoscere l'architettura e gli elementi di supporto per i sistemi primari che svolgono la missione: i sistemi di supporto alla navigazione, le stazioni di controllo remoto, il sistema di supporto logistico; - comprendere come i sistemi e i loro sottosistemi operano, in relazione ai requisiti e ai vincoli posti, per svolgere la missione assegnata; - comprendere le relazioni fra gli elementi dei sistemi aerospaziali integrati; - conoscere i metodi di dimensionamento dei sottosistemi di bordo e dei link di comunicazione e applicarli a casi pratici proposti; - conoscere gli equipaggiamenti fondamentali (in particolare imparare a reperire informazioni in maniera sistematica e corretta) e a comprendere le loro interfacce col resto del sistema; - trattare la problematica della sicurezza e dell'affidabilità di sistemi complessi, conoscendo i fattori che le influenzano e le metodologie atte a valutarle, con capacità di comprendere le problematiche dell'integrazione col sistema di supporto logistico, etc.. Ai fini dell'autonomia di giudizio e delle abilità comunicative, si stimolerà l'allievo chiamandolo a: - svolgere semplici applicazioni progettuali sui sottosistemi in oggetto; - stimare rapidamente gli ordini di grandezza dei valori numerici che ragionevolmente l'ingegnere si deve attendere nei principali casi di riferimento; - redigere relazioni tecniche secondo gli standard applicati nel campo aerospaziale; - curare la proprietà di linguaggio e conoscere la terminologia internazionale, in particolare quella inglese.
The objective is the growth and development of the students' systems engineering view, by teaching them the aerospace systems as example of complex and innovative integrated systems. In particular the course aims at making the students learn the aeronautical and space systems, in order to: - know the aerospace missions peculiarities and the impact they have on the systems, that perform those missions; - know the different types of aerospace systems, which range from atmospheric vehicles (manned or unmanned) to space vehicles (manned or unmanned) both for in space (satellites, probes, space station) and for planetary surface missions (rover and permanent settlements); - know the complete mission architecture and specifically the elements that support the systems, that perform the mission: the systems for navigation support, the remote control stations, the logistic support system, etc.; - understand how the systems and their subsystems operate to perform the mission, meeting their requirements and constraints; - understand the relationships between the elements of the integrated aerospace systems; - learn how to size the on board subsystems and communications links and apply these methodologies to real cases; - know basic equipment (learning in particular to gather information in a systematic and correct way); - deal with the safety and reliability issues of complex systems, learning the system characteristics that affect safety and reliability, understanding the methodologies that allow to evaluate them and also comprehending the problem of integration with the logistic support system; - etc.. In order to enhance the capability of autonomous judgement and the communications skill, the students will be encouraged to: - carry out simple subsystems design applications; - estimate the order of magnitude of numerical values, that can be reasonably expected in some reference case-studies; - write technical reports according to standards commonly used in the aerospace engineering field; - take care of the language characteristics and learn the international terminology, particularly the English terminology.
E' necessario che gli Allievi che accederanno a questo corso abbiano una buona padronanza di tutte le varie branche della fisica (cinematica, statica, dinamica, termodinamica, elettrotecnica, ottica, acustica, etc.), nonché nozioni, almeno di base sulla controllistica. Sono auspicabili conoscenze generali sui tipi di aeromobili e sistemi spaziali, sulle loro configurazioni e le funzioni dei vari elementi costituenti. Di chiaro ausilio sarebbe la conoscenza dei principi base dell'aerodinamica, della meccanica del volo, delle costruzioni aeronautiche e della propulsione aerospaziale. Per quanto riguarda gli aspetti matematici si richiede di aver acquisito i concetti base della statistica, del calcolo delle probabilità e dell'algebra logica.
It is necessary that the students, that will take this course, have good skills in all various fields of physics (kinematics, static, dynamics, thermodynamics, electrical engineering, optics, acoustics, etc.) and know controls fundamentals. It will also be very good, if the students have a good general knowledge of the existing types of airplanes and space systems, their configurations and the functions of the various elements that constitute them. Eventually it will be very helpful, if the students have a general knowledge of aerodynamics, flight mechanics, aeronautical constructions and aerospace propulsion. As far as the mathematical aspects are concerned, the basic concepts of statistics, probability calculus and logical algebra are considered well known.
Introduzione al Corso ed organizzazione dello stesso. Modalità d'esame. Presentazione del Programma. Introduzione del concetto di velivolo come integrazione di più sistemi e vari aspetti della integrazione (4 ore). Sistemi di bordo aero elettromeccanici: comandi di volo, organi d'atterramento, generazione idraulica, elettrica e pneumatica. Sistemi di controllo ambientale, anti ghiaccio, Sistema combustibile, sistema potenza secondaria e avviamento motore.(16 ore) Avionica base e di missione; esame dei principali sottosistemi avionici e dei principali tipi di apparati. Componenti avioniche di terra Il cockpit. I velivoli Unmanned. Integrazione avionica e integrazione globale dei sistemi: aspetti funzionali, SW e installativi. Cenni al concetto di Sistema di Sistemi (20 ore). Sistemi Spaziali: breve introduzione su problematiche e vantaggi legati allo sfruttamento dello spazio e varie tipologie di sistemi spaziali e loro collocazione all'interno del concetto più ampio di missione spaziale. Delle diverse tipologie di sistemi spaziali si studiano le caratteristiche globali principali, i possibili payload e il dettaglio dei sottosistemi di bordo che costituiscono il bus di servizio, in particolare i sottosistemi di bordo chiamati a svolgere le funzioni di: a) controllo dinamico del veicolo (sistema di determinazione e controllo dell'assetto di un veicolo e sistema di determinazione e controllo dell'orbita); b) generazione, immagazzinamento, regolazione e distribuzione della potenza elettrica; c) controllo e protezione termica, controllo ambientale e supporto alla vita (per sistemi abitati); d)comunicazioni; e)gestione dei dati e dei comandi (computer di bordo).(20 ore) Seminario sui concetti base dell'elettronica e delle radiocomunicazioni applicate all'Aerospazio; principi base e applicazioni.(16 ore) Introduzione ai concetti di Sicurezza, Affidabilità e Manutenzione, nel quadro della progettazione dei sistemi. Sistema di supporto logistico integrato (4 ore).
ICourse schedule and introduction. Rules of the examination. Table of contents of the course. Introduction to the concept of the airplane as integration of various systems and integration features (4 hours). Aero-electro-mechanical on board systems: flight controls, landing gears, hydraulic, electric and air system. Environmental control system, anti-ice system, fuel system, secondary power system and engine start up (16 hours). Mission and basic avionics. Analysis of the main on board avionic subsystems and equipment. Ground avionics equipments. The cockpit. Unmanned vehicles. Integration of avionics and all systems: functional, software and installation features. Hints of the concept of System of Systems (20 hours). Space Systems: brief introduction to problems and advantages of the exploitation of space, to various types of space systems and their role within the wider concept of space mission. The main global characteristics of the various types of space systems, their possible payloads and the on board subsystems of their service bus will be studied. In particular those subsystems, that accomplish the following functions, will be analyzed more into the details: a) dynamic control of the vehicle (attitude determination and control subsystem and orbit determination and control subsystem); b) electrical power source, storage, regulation and distribution; c) thermal protection and control, environmental control and life support (manned systems); d) communications; e) data handling and commands (on board computer) (20 hours). Seminar on basic concepts of electronics and radio-communications for aerospace systems; basic principles and applications (16 hours). Introduction to the concepts of Safety, Reliability and Maintainability within the systems design process. Integrated logistic support system (4 hours).
Il corso si sviluppa attraverso una serie di lezioni ed esercitazioni. Le lezioni sono volte a fornire agli allievi: le conoscenze relative ai Sistemi Aerospaziali in termini di descrizioni, principi di funzionamento, aspetti architetturali e tecnologici; le basi metodologiche del progetto e del dimensionamento dei sistemi, fornendo strumenti e metodi di calcolo applicabili al settore; e gli approfondimenti tra i sistemi concorrenti alla realizzazione della missione finale. Le esercitazioni hanno l’obiettivo di supportare la comprensione degli argomenti trattati a lezione, estendendo e applicando le conoscenze acquisite a casi di interesse, mediante lo svolgimento di esercizi in aula. Di norma per le esercitazioni in aula, gli allievi devono prevedere, nell'ambito dei crediti assegnati, un lavoro personale a casa per completamenti. Sono previste due squadre di esercitazione, al fine di favorire l’interazione tra allievi e docente, e per meglio accogliere richieste di approfondimenti e/o chiarimenti degli allievi stessi.
The course is developed through lectures and class-works. The lectures aim at providing: knowledge on Aerospace Systems in terms of description, principles of operations, architecture and technology; design methodologies and analysis/sizing tools, and insight into modelling interactions and relationships among system’s elements. The class-works have the objective of enhancing the student’s comprehension and autonomy in conducting his/her assignments. Exercises are proposed and partially solved by the professors, while the completion is left up to the student for home-work. For the class-works, the students are split into two groups, in order to facilitate the interaction between the students and the professor, and to better handle specific students’ requests for clarification.
Poiché questo modulo di insegnamento è una particolare sintesi di molti aspetti della sistemistica aerospaziale, è stato sviluppato del materiale didattico apposito che non coincide con un unico testo disponibile sul mercato. Le fonti vengono richiamate laddove applicabile, e vengono consigliati testi per eventuali approfondimenti. La maggior parte del materiale è fornito in lingua inglese. Lezioni: le copie delle diapositive utilizzate a lezione, vengono messe a disposizione agli studenti iscritti all'insegnamento sul portale della didattica. Esercitazioni: i testi dei temi proposti e quanto utile per la soluzione degli stessi vengono messi a disposizione degli studenti sul portale della didattica. Le dispense del corso, a cura dei docenti, sono caricate in forma draft sul portale della didattica prima dell’inizio della lezione di riferimento. Se necessario, i docenti si riservano di aggiornare e sostituire il file caricato, segnalando opportunamente la sostituzione del file sul portale. Le dispense sono fornite in lingua inglese. Riferimenti Systems Engineering: • NASA Systems Engineering Handbook, NASA SP/2007-6105 Rev 1 • Project planning and implementation, ECSS-M-ST-10C_Rev.1 Riferimenti Sistemi Spaziali: • J.R. Wertz, D.F. Everett, J.J. Pushell “Space mission engineering: the new SMAD”, Space Technology Library, 2011 (W.J. Larson, J.R. Wertz “Space mission analysis and design”, third edition, Space Technology Library) • P. Fortescue, J. Stark “Spacecraft Systems Engineering”, published by John Wiley and Sons • W.J. Larson, L.K. Pranke “Human Spaceflight: mission analysis and design”, Space Technology Series, McGraw Hill Riferimenti Sistemi Aeronautici: • Helfrick “Principles of Avionics”, fifth edition, Avionics Communications Inc., 2009 • M. Tooley, D. Wyatt “Aircraft Communications and Navigation Systems”, Elsevier, 2007
As the course is a unique synthesis of many aspects of aerospace systems, specific training aids have been developed and do not correspond to any single text book available on the market. These text books are however cited in the references of the training aids, that are provided during the course, for more in depth analyses. Most part of the reference material is provided in English. Lectures: the student are provided with the slides showed during the lectures through the website of the course. Class-works: the students are provided with the texts of the proposed assignments and their solutions through the website of the course. The draft version of the viewgraphs prepared by the teaching staff are uploaded on the website before the related lectures. The professors might update and reload the final revision after the lectures, should it be necessary. The material is provided in English. Reference for Systems Engineering: • NASA Systems Engineering Handbook, NASA SP/2007-6105 Rev 1 • Project planning and implementation, ECSS-M-ST-10C_Rev.1 Reference for Space Systems: • J.R. Wertz, D.F. Everett, J.J. Pushell “Space mission engineering: the new SMAD”, Space Technology Library, 2011 (W.J. Larson, J.R. Wertz “Space mission analysis and design”, third edition, Space Technology Library) • P. Fortescue, J. Stark “Spacecraft Systems Engineering”, published by John Wiley and Sons • W.J. Larson, L.K. Pranke “Human Spaceflight: mission analysis and design”, Space Technology Series, McGraw Hill Reference for Aeronautical Systems: • Helfrick “Principles of Avionics”, fifth edition, Avionics Communications Inc., 2009 • M. Tooley, D. Wyatt “Aircraft Communications and Navigation Systems”, Elsevier, 2007
Modalità di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
Il livello di preparazione del candidato sarà valutato sulla base del raggiungimento degli obiettivi coerentemente con i risultati di apprendimento attesi, in termini di conoscenza acquisita sul contesto applicativo e sui sistemi oggetto del corso, e di capacità critica e autonoma di elaborazione e applicazione delle conoscenze. Allo studente saranno posti, in forma scritta, 32 quesiti quantitativi e qualitativi inerenti specifici argomenti nell’ambito dell’intero programma svolto. Le domande sono poste nella forma di un quiz a risposta multipla, in cui l’allievo deve indicare la risposta corretta tra le tre possibili risposte proposte. Il punteggio è calcolato come segue: • Risposta esatta = 1 punto • Risposta errata = -0.25 punti • Nessuna risposta = 0 punti Lo svolgimento corretto e completo della prova permette il raggiungimento della lode (voto complessivo > 30.5). La prova è superata se si raggiunge un voto ≥ 17.5/32. La prova ha una durata di 1 ora e 45 minuti. È possibile ritirarsi durante i primi 45 minuti della prova. Se si consegna l’elaborato per la correzione, il voto non si può rifiutare. Durante la prova scritta non si potranno consultare testi, dispense e formulari. Inoltre, non è ammesso portare in aula dispositivi multimediali con accesso al web (ad esempio, smartphone, smartwatch e tablet). È ammesso l’utilizzo della calcolatrice. L’esito della prova viene comunicato agli studenti tramite un avviso sul portale della didattica, tipicamente entro una settimana dallo svolgimento della prova scritta. È possibile visionare il proprio compito, qualunque sia stato l’esito della prova, esclusivamente nella data e luogo comunicati contestualmente alla pubblicazione dei risultati. Per motivi organizzativi, si raccomanda di iscriversi all’esame nei tempi indicati sul portale ufficiale dell’ateneo, e di ritirare la propria iscrizione nel caso in cui non si intenda partecipare all’appello d’esame per cui si è prenotati.
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;
The examination aims at assessing the expected learning achievements, in terms of knowledge about the Aerospace Systems and ability in dealing with relevant applications of these systems. The student is asked to answer 32 short questions on specific topics covering the whole programme. The questions are arranged in a quiz fashion (multiple-choice questions) with only one correct answer out of three options. The mark is calculated according to the following scheme: • Correct answer = 1 point • Wrong answer = -0.25 point • No answer = 0 point The correct and complete execution of the test allows to reach the highest grade (30 cum laude if the total score is higher than 30,5). The test is passed if the final mark is higher or equal to 17,5/32). The examination lasts 1 h and 45 minutes. It is possible to withdrawn within the first 45 minutes from the start, while it is not possible to refuse the outcome of the examination. During the test, it is not possible to use books, lecture notes, and any other reference material. It is not possible to bring smartphones, tablets, and wear smartphones during the test. It is possible to use a simple calculator. The outcome of the examination is published on the website of the course, typically within one week from the day the test is held. It is possible to see and discuss the test in the date and place indicated together with the outcomes. It is recommended to register to the examination through the website of Politecnico di Torino, and to withdraw the registration in case the plans have changed.
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.
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