Nell’ambito di questo insegnamento si introducono sinteticamente le procedure analitiche per la valutazione delle prestazioni dei velivoli durante le fasi di volo librato e propulso (motoelica e turbogetto). Successivamente vengono illustrate le basi per lo studio analitico degli stati di equilibrio del velivolo. Il corso intende inoltre fornire allo studente i principi della dinamica del volo, partendo dall’estensione e dall’approfondimento dei concetti di base della meccanica del volo. In particolare, oltre all’analisi di stabilità, vengono presentate le problematiche inerenti la valutazione delle qualità di volo di un aeromobile in base alla normativa vigente. Infine, vengono trattati i fondamenti della meccanica del volo dell’elicottero.

L’obiettivo del corso è quello di fornire all’allievo le competenze di base della meccanica del volo atmosferico.
Quindi al termine dell’insegnamento si chiederà allo studente di:
• saper stimare le prestazioni di un aeromobile ad ala fissa e rotante;
• conoscere gli strumenti di analisi del comportamento del velivolo nelle condizioni di equilibrio e nel volo manovrato;
• comprendere i requisiti prescritti dalla normativa per la valutazione delle qualità di volo.
Ai fini dell’autonomia di giudizio e della capacità di comunicazione tecnica, si verificherà che lo studente abbia acquisito:
• la capacità di valutare numericamente un problema di tipo ingegneristico;
• la capacità di prendere una motivata decisione progettuale in presenza di requisiti progettuali;
• la capacità di stimare rapidamente gli ordini di grandezza dei valori numerici che ragionevolmente l'ingegnere si deve attendere nei principali casi di riferimento della materia;
• la conoscenza della terminologia internazionale, in particolare quella inglese.
Queste capacità vengono acquisite attraverso lo studio di alcuni problemi, indicati nel Programma, che vengono proposti in quanto esemplari, ovvero rilevanti per le applicazioni tecniche e adatti a introdurre la gamma di metodi che nel complesso l’ingegnere aerospaziale deve conoscere.

L’allievo che accede a questo insegnamento deve conoscere gli strumenti di base del calcolo differenziale e integrale, della geometria analitica nel piano e nello spazio. È desiderabile inoltre che l’allievo disponga di nozioni di base sull’algebra delle matrici. È’ infine auspicabile la comprensione della lingua inglese parlata e scritta.

Il programma del corso intende affrontare i seguenti argomenti per i quali le ore computate sono comprensive delle esercitazioni:
• L’atmosfera di riferimento (3 ore): L’atmosfera reale, curve di stato. L’Atmosfera Tipo Internazionale (ISA). I vari tipi di quote, la riduzione alla quota standard.
• La misura della velocità (1.5 ore): Il tubo di pitot, flusso compressibile e incompressibile. Il numero di Mach, regime supersonico. Velocità rispetto all’aria, velocità calibrata, equivalente e vera.
• Richiami di aerodinamica (1.5 ore): La turbolenza, resistenza d’attrito e di scia. La polare del profilo e dell’ala, effetto dell’ipersostentazione, della curvatura del profilo e delle superfici mobili al bordo di fuga. La resistenza d’interferenza, dalla polare dell’ala a quella del velivolo.
• Volo librato (3 ore): regimi di volo di massima percorrenza e massima permanenza con e senza vento.
• Generalità sui sistemi propulsivi (3 ore): Turbogetto, turbofan, motoelica e turboelica.
• L’elica (4.5 ore): Principio di funzionamento, prestazioni, caratteristiche geometrico-costruttive, regolazione del passo ed impianti correlati.
• Utilizzo operativo dei sistemi propulsivi di interesse aeronautico (3 ore): Accensione e strumentazione di bordo.
• Le prestazioni del velivolo (4.5 ore): Spinta e potenza necessarie per il volo orizzontale. I regimi di salita. Inviluppo di volo. Decollo e atterraggio. Autonomie orarie e chilometriche per velivolo turbogetto e motoelica.
• Equilibrio e stabilità statica longitudinale a comandi bloccati (7.5 ore): Condizioni di stabilità statica longitudinale. Equazione di equilibrio di momento, contributo delle varie parti del velivolo. Punto neutro del velivolo. Modi per realizzare l’equilibrio longitudinale del velivolo. Angolo dell’equilibratore necessario all’equilibrio longitudinale. Determinazione sperimentale del punto neutro del velivolo. Posizione limite anteriore del baricentro. Escursione necessaria dell’equilibratore. Requisiti relativi del comando longitudinale.
• Equilibrio e stabilità statica longitudinale a comandi liberi (6 ore): Punto neutro del velivolo a comandi liberi. Margine statico a comandi liberi e bloccati. Aletta correttrice. Determinazione sperimentale del punto neutro del velivolo a comandi liberi. Aletta compensatrice e compensazione aerodinamica. Sforzo di barra e condizioni di trim. Requisiti relativi del comando longitudinale.
• Moti curvi nel piano di simmetria (4.5 ore): Effetto aerodinamico del piano orizzontale e determinazione del suo contributo alle derivare aerodinamiche. Punto di manovra a comandi bloccati e liberi. Margine di manovra a comandi bloccati e liberi. Accenno all’equilibramento dinamico. Requisiti relativi del comando longitudinale.
• Diagramma di manovra e di raffica (3 ore).
• Virata e moti curvi nel piano di simmetria e non (3 ore): La virata corretta e non. La richiamata e gli effetti sul piano di coda orizzontale. Volo in condizioni di spinta asimmetrica.
• Equazioni generali della dinamica del velivolo (1.5 ore): Linearizzazione delle equazioni. Separazione del moto longitudinale dal latero-direzionale.
• Equazioni della dinamica longitudinale (3 ore): Soluzione del sistema di equazioni della dinamica longitudinale. Soluzioni caratteristiche della dinamica longitudinale: fugoide e corto periodo. Diagramma di Argand per il moto vario longitudinale. L’approssimazione di corto periodo nel piano longitudinale.
• Equazioni della dinamica latero-direzioanle (1.5 ore): Soluzione del sistema di equazioni del moto vario latero-direzionale. Derivate aerodinamiche presenti nelle equazioni e loro significato fisico. Soluzioni classiche della dinamica latero-direzionale: modo di rollio, modo spirale e rollio olandese con diagramma di Argand.
• Qualità di volo (3 ore): Definizioni e normativa di riferimento. Scala di Cooper-Harper.
• Introduzione alla meccanica del volo dell’elicottero (7.5 ore): Terminologia. Equilibri. Aerodinamica del rotore e regimi di volo (autorotazione). Potenza necessaria e prestazioni. Comandi per la regolazione del passo. Cenni alla dinamica del rotore (articolazione della pala e dinamica di flappeggio). Accoppiamenti aeromeccanici e vibrazioni. Tracking.

Di norma alle ore di lezione corrisponde un numero di ore di esercitazione in aula pari al 25% del totale, strettamente collegate alle lezioni, durante le quali all’allievo vengono proposti problemi atti a sviluppare la sua capacità ad applicare la teoria nel contesto dei problemi pratici. I problemi vengono presentati alla lavagna e se ne illustra la procedura di svolgimento. Viene fornita assistenza continua in aula da parte di un esercitatore.
Il materiale per le esercitazioni viene fornito dagli esercitatori. Gli esercizi sono proposti in progressione didattica e richiedono l’uso di calcolatrici tascabili. Di norma per ogni ora di esercitazione in aula l’allievo deve prevedere un lavoro personale a casa per completamenti.

Esiste un libro di testo e vengono indicati testi alternativi in lingua italiana ed inglese per eventuali approfondimenti.
Lezioni: le dispense sono raccolte in un libro di testo.
Esercitazioni: i testi dei problemi proposti vengono forniti dagli esercitatori in aula e vengono messi a disposizione anche sul portale della didattica. Gli esercitatori forniscono inoltre, in aula, le tracce scritte di soluzione.

Esiste il solo esame finale che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese (v. sopra) tramite lo svolgimento di una prova scritta di 2 ore senza l'aiuto di appunti o libri e di un successivo colloquio (nel caso di esito positivo della prova scritta).
Al fine di verificare in modo rigoroso il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento e quindi l’acquisizione delle conoscenze e le capacità di comprensione e di applicazione pratica delle stesse, la verifica si articola in prove di diversa natura.
La prova scritta consiste di 10 quesiti, di cui 6 domande di teoria e 4 esercizi. Le domande corrispondono ciascuna a un argomento scelto tra quelli della teoria esposta a lezione, gli esercizi a un problema di calcolo del tipo svolto ad esercitazione. Per le domande si richiede di esporre la teoria, dimostrandone la conoscenza. Per l’esercizio si chiede di fornire procedimento e risultati numerici al fine o di dimostrare la capacità di individuarne la soluzione. La prova scritta si ritiene superata con un punteggio minimo di 18 punti su un massimo di 30.
Dopo la correzione degli scritti l’allievo viene convocato per un colloquio orale, che consiste in una eventuale revisione della prova scritta in cui il docente informa l’allievo sui risultati della correzione, risolve eventuali dubbi sul giudizio espresso e formula ulteriori eventuali domande di teoria al fine di verificare l’effettiva corrispondenza del risultato della prova scritta con la reale preparazione dell’allievo.