Il corso introduce il concetto di simulazione del volo, fornendo gli elementi essenziali per la progettazione, lo sviluppo e l’utilizzo del simulatore di volo sia dal punto di vista progetto del velivolo sia da quello della verifica delle prestazioni e delle qualità di volo.

Capacità di utilizzo di tecniche di programmazione e di applicazione dei concetti acquisiti nei corsi di Meccanica del Volo. Capacità di discutere in lingua inglese gli argomenti trattati nel corso.

Avere acquisito le nozioni fondamentali di informatica, fisica, meccanica e meccanica del volo.

• Introduzione sulla simulazione.
• Cenni storici
• Classificazione dei simulatori di volo.
• Il simulatore come strumento per lo sviluppo del progetto.
• Il simulatore per l’addestramento.
• La simulazione in volo.
• Aspetti del progetto dei simulatori di volo.
• Interfaccia uomo-macchina nella simulazione.
• Simulazione in batch e simulazione in real time.
• Definizione del modello matematico del velivolo:
o Sistemi di riferimento e trasformazioni di coordinate.
o Cenni sulla dinamica del velivolo rigido, estesa anche al volo in alta incidenza.
o Equazioni del moto e loro linearizzazione.
o Metodologie di integrazione delle equazioni del moto.
o Costruzione dei database aerodinamici.
• Modelli matematici del velivolo (ala fissa e rotante) finalizzati alla simulazione del volo.
• Risposta ai comandi. Dominio del tempo e della frequenza.
• Simulatori per aeromobili ad ala rotante: caratteristiche e differenze rispetto al caso del velivolo ad ala fissa.
• Criteri di realizzazione di un simulatore.
• Linguaggi ed ambienti di programmazione.
• Generazione delle immagini. Sistemi di rappresentazione delle immagini.
• Concetto di scenario sintetico.
• Simulatori open-loop e closed-loop.
• Condizioni di trimmaggio del velivolo ad ala fissa e dell’elicottero.
• Ricostruzione al simulatore di manovre dei diversi tipi di aeromobili.
• Verifica dell’influenza dei parametri di progetto sul comportamento del velivolo.
• Costruzione del modello matematico di diverse classi di velivolo e verifica del comportamento sul simulatore.
• Esempi di modellistica non lineare (wink rock e paracadute).
• Valutazione di handling e flying qualities (ala fissa e rotante).

Obiettivi dell’insegnamento
Il corso introduce il concetto di simulazione del volo, fornendo gli elementi essenziali per la progettazione, lo sviluppo e l’utilizzo del simulatore di volo sia dal punto di vista progetto del velivolo sia da quello della verifica delle prestazioni e delle qualità di volo.

Prerequisiti
Avere acquisito le nozioni fondamentali di informatica, fisica, meccanica e meccanica del volo. Livello di base di comprensione della lingua inglese parlata e scritta.
Competenze attese
Capacità di utilizzo di tecniche di programmazione e di applicazione dei concetti acquisiti nei corsi di Meccanica del Volo. Capacità di discutere in lingua inglese gli argomenti trattati nel corso.

Programma
Introduzione sulla simulazione.
Cenni storici
Classificazione dei simulatori di volo.
Il simulatore come strumento per lo sviluppo del progetto.
Il simulatore per l’addestramento.
La simulazione in volo.
Aspetti del progetto dei simulatori di volo.
Interfaccia uomo-macchina nella simulazione.
Simulazione in batch e simulazione in real time.
Definizione del modello matematico del velivolo:
Sistemi di riferimento e trasformazioni di coordinate.
Cenni sulla dinamica del velivolo rigido, estesa anche al volo in alta incidenza.
Equazioni del moto e loro linearizzazione.
Metodologie di integrazione delle equazioni del moto.
Costruzione dei database aerodinamici.
Modelli matematici del velivolo (ala fissa e rotante) finalizzati alla simulazione del volo.
Risposta ai comandi. Dominio del tempo e della frequenza.
Simulatori per aeromobili ad ala rotante: caratteristiche e differenze rispetto al caso del velivolo ad ala fissa.
Criteri di realizzazione di un simulatore.
Linguaggi ed ambienti di programmazione.
Generazione delle immagini. Sistemi di rappresentazione delle immagini.
Concetto di scenario sintetico.
Simulatori open-loop e closed-loop.
Condizioni di trimmaggio del velivolo ad ala fissa e dell’elicottero.
Ricostruzione al simulatore di manovre dei diversi tipi di aeromobili.
Verifica dell’influenza dei parametri di progetto sul comportamento del velivolo.
Costruzione del modello matematico di diverse classi di velivolo e verifica del comportamento sul simulatore.
Esempi di modellistica non lineare (wing rock e paracadute).
Valutazione di handling e flying qualities (ala fissa e rotante).

Visite in laboratorio

• Visita ai simulatori di volo di Alenia Aeronautica
• Visita al laboratorio di realtà virtuale di Alenia Spazio
• Visita al Laboratorio di realtà virtuale del Centro Ricerche FIAT

Testo di riferimento: Appunti e fotocopie forniti a lezione
Testi ausiliari: Anonymous, "Flying Qualities of Piloted Aircraft", MIL-HDBK-1797, Department of Defence
USA,1997
B. W. McCormick, "Aerodynamics, Aeronautics and Flight Mechanics", John Wiley & Sons,
1995
B. Etkin, "Dynamics of Atmospheric Flight-Stability and Control", John Wiley & Sons, 1982
R. C. Nelson, "Flight Stability and Automatic Control", McGraw-Hill, 1989
T.G. Gainer, S. Hoffmann, "Summary of Transformation Equations and Equationsof Motion
Used in Free Flight and Wind Tunnel Data Reduction ", NASA SP-3070
J.C. Yeager, "Implementation and Testing of Turbulence Models for the F-18 HARV
Simulation », NASA CR-1998-206937
M. Tobak, L.B. Schiff, "On the Formulation of the Aerodynamic Characteristics in Aircraft
Dynamics", NASA TR-R-456, 1976
A.R.S. Bramwell, G. Done, D. Balmford, "Helicopter Dynamics", AIAA, 2001

Dispense e testi di riferimento

Dispense del corso
Dispense del corso (mutuate da 01IIQFQ Simulazione del volo)
NASA SP-3070
NASA-TP-1538
Normativa MIL-STD-1797
Normativa ADS-33E

Esercitazioni

1. Integrazione della traiettoria del proiettile
2. Stabilizzazione giroscopica del proiettile
3. Traiettoria di una capsula con paracadute
4. Integrazione della traiettoria di un velivolo non pilotato
5. Costruzione delle matrici di stato nel piano longitudinale per un aeromobile ad ala fissa (con metodo analitico e con perturbazione numerica) e calcolo degli autovalori
6. (continua) risposta in frequenza (metodo diretto e indiretto)
7. (continua) risposta in frequenza (forzante armonica a frequenza variabile)
8. (continua) parametri tempo-frequenza
9. Matrici di stato ed autovalori per un aeromobile ad ala rotante
10. Analisi parametrica (wing rock)

Progetto

Sviluppo di un simulatore.

 
Siti web

http://software.intel.com/en-us/articles/intel-compilers/
http://www.g95.org/
http://www.mathworks.it/index.html
http://www.gnuplot.info/

Riferimenti Bibliografici (solo per approfondimento)

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Ashley, H., Engineering analysis of flight vehicles, Addison-Wesley, Boston, 1974.
Bramwell, A.R.S. , Done, G., Balmford, D., "Helicopter Dynamics", AIAA, 2001.
Casarosa, C., Meccanica del volo, Plus, Pisa, 2005.
Cook, M.V., Flight dynamics principles, John Wiley & Sons, New York, 1997.
Etkin, B., Dynamics of flight, John Wiley & Sons, New York, 1959.
Etkin, B., Duffy, L.D., Dynamics of flight: stability and control, John Wiley & Sons, New York, 1995.
Gainer, T.G., Hoffman, S., Summary of transformation equations and equations of motion used in free-flight and wind tunnel data reduction and analysis, NASA SP-3070, NASA, Washington DC, 1972.
Guglieri, G., Introduzione alla meccanica del volo, CELID, Torino, 2005.
Guglieri, G., Stabilità, controllo e qualità di volo, CELID, Torino, 2008.
Hale, F.J., Introduction to aircraft performance, selection and design, Addison-Wesley, Boston, 1984.
Kermode, A.C., Mechanics of flight, Isaac Pitman and Sons, Londra, 1956.
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Lausetti, A., Meccanica del volo, Levrotto e Bella, Torino, 1992.
Lausetti, A., Decollo e Atterramento, Levrotto e Bella, Torino, 1992.
McRuer, D. T., Graham, D., Ashkenas, I., Aircraft dynamics and automatic control, Princeton University Press, Princeton, 1990.
McCormick, B.W., Aerodynamics aeronautics and flight mechanics, John Wiley & Sons, New York, 1995.
Melville Jones, B., Dynamics of the airplane, in WF Durand (editor) Aerodynamics Theory, Vol 5, Dover, New York, 1954.
Mengali, G., Elementi di dinamica del volo con Matlab, ETS, Pisa, 2003.
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Quagliotti, F., Lorefice, L., Pralio, B., Note di meccanica del volo atmosferico, CELID, Torino, 2004.
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Talay, T.A., Introduction to the aerodynamics of flight, NASA SP-367, NASA, Washington DC, 1975.
Vinh, N.X., Flight mechanics of high-performance aircraft, Cambridge University Press, Cambridge, 1993.
Von Mises, R., Theory of flight, Dover, New York, 1959.

L’esame è costituito da una prova orale, durante la quale dovrà essere presentata una relazione di approfondimento di uno degli argomenti del corso.

Il superamento dell’esame per il corso 02IIQMT - Simulazione del volo prevede quanto segue:

Preparazione di un rapporto tecnico per ciascuna delle 10 esercitazioni pratiche assegnate durante il corso. L’attività esercitativa al calcolatore deve essere svolta in squadre di 2 studenti ed il rapporto tecnico deve essere elaborato congiuntamente. Questo documento dovrà essere consegnato COMPLETO entro l’ultima lezione del corso. La valutazione del risultato prodotto sarà collettiva (max 10/30). La consegna a fine corso della relazione relativa alle esercitazioni non esenta lo studente dalla presenza in laboratorio durante l’attività esercitativa.

Preparazione di una relazione di progetto relativa allo sviluppo di un simulatore. Questo documento dovrà essere consegnato COMPLETO entro l’ultima lezione del corso. Il progetto dovrà essere svolto in forma individuale e riportare tutto quanto ritenuto essenziale per descrivere la soluzione implementativa adottata. La valutazione del risultato prodotto sarà individuale (max 12/30).

Redazione in aula di un elaborato scritto in risposta (forma aperta) ad un quesito tecnico specifico. Lo studente avrà a disposizione i SOLI appunti del corso e dovrà dimostrare confidenza e padronanza delle tematiche oggetto dell’insegnamento. La prova scritta dura 1 ora. In alternativa sarà possibile sostenere una prova orale equivalente per difficoltà e contenuti. La valutazione del risultato prodotto sarà individuale (max 10/30).

Ulteriori dettagli sono resi disponibili all'inizio del corso.