Il corso fornisce allo studente la metodologia per la determinazione e la discussione dei modelli matematici della dinamica del velivolo, limitatamente al corpo rigido. Illustra inoltre le nozioni base delle caratteristiche aeromeccaniche longitudinali e latero-direzionali dei velivoli con riferimento alla stabilità statica e dinamica.
Il corso intende inoltre fornire agli allievi gli strumenti per comprendere i problemi fondamentali del controllo del velivolo, infatti, oltre allo studio della risposta del velivolo al comando ed al disturbo atmosferico, vengono fornite le nozioni fondamentali relative al controllo automatico del velivolo seguendo una trattazione che fa riferimento al modello linearizzato. Inoltre vengono fornite le nozioni di base relativamente agli argomenti dell’interfaccia uomo-macchina e delle qualità di volo. Per raggiungere questi obbiettivi, l’allievo deve acquisire una conoscenza approfondita delle metodologie di calcolo specifiche della meccanica del volo.
Le esercitazioni vengono svolte per dare allo studente la possibilità di valutare in modo quantitativo quanto appreso durante le lezioni teoriche.
Questo insegnamento intende inoltre fornire allo studente gli strumenti per utilizzare il linguaggio tecnico internazionale nello specifico settore della Meccanica del Volo.

Obiettivo del corso è sviluppare nell’allievo la capacità di comprendere i problemi della progettazione aeromeccanica del velivolo, in funzione della sua missione, identificandone le problematiche principali e valutando le possibili soluzioni. Le nozioni teoriche acquisite, unitamente agli aspetti progettuali che vengono affrontati nel corso, dovrebbero permettere all’allievo di identificare, in modo scientificamente corretto, in relazione alla meccanica del volo, la soluzione progettuale migliore. Quindi al termine dell’insegnamento si chiederà allo studente di aver acquisito una capacità di progettazione aeromeccanica del velivolo, mediante l’integrazione delle conoscenze acquisite in questo corso con le informazioni raccolte nei corsi seguiti durante la laurea di 1° livello.
Fondamentale sarà dimostrare di aver acquisito una buona capacità di comunicazione tecnica in modo da potersi interfacciare con tutte le discipline aeronautiche e una sufficiente autonomia nell’individuare gli aspetti progettuali da approfondire, in modo da affrontare nel modo corretto un qualsiasi progetto aeronautico.

L’allievo che accede all’insegnamento deve aver acquisito precedentemente le nozioni fondamentali della Meccanica Applicata, dell’Aerodinamica e della Meccanica del Volo basilare. Inoltre deve disporre degli strumenti di base del calcolo algebrico, differenziale ed integrale. E’ anche necessario che abbia acquisito le nozioni dell’algebra matriciale. Infine l’allievo deve dimostrare la capacità di utilizzo di tecniche di programmazione di base. E’ anche richiesta una buona conoscenza della lingua inglese, che permetta la lettura di testi tecnici e scientifici in lingua inglese.

Richiami ed integrazioni di Meccanica del Volo [16 ore]. Equilibrio e stabilità statica longitudinale. Aletta compensatrice, correttrice e servomotrice. Determinazione della posizione del fuoco a comandi bloccati e liberi per via teorica e sperimentale. Il requisito della speed stability. Il momento di cerniera e il requisito della stabilità del comando. Sforzo di barra ed effetto dell'attrito; i requisiti del comando longitudinale: istintività, trimmabilità, sensibilità. Il moto curvo nel piano di simmetria; punto di manovra a comandi bloccati e liberi: requisiti sui gradienti elevator angle per g e stick force per g. Cenni sui problemi di equilibramento statico e dinamico della superficie di comando. Posizione limite anteriore del baricentro con e senza "effetto suolo".
Moto vario del velivolo [16 ore]. Riferimento inerziale e riferimento velivolo: assi corpo, assi vento, assi di stabilità. Le equazioni generali del moto non stazionario; le equazioni delle forze in assi vento; le equazioni di forze e momenti in assi corpo. La linearizzazione delle equazioni con le ipotesi delle piccole perturbazioni. Equazioni in forma adimensionalizzata. Moto longitudinale: la soluzione del sistema, diagrammi di Argand. Diagrammi di stabilità, luogo delle radici, tipi di traiettoria. Moto longitudinale a comandi liberi: la soluzione del sistema. Equazioni del moto latero-direzionale: la soluzione del sistema, diagrammi di Argand. Equazioni della cinematica e di navigazione. Utilizzo dei quaternioni.
Metodi sperimentali e teorici nella determinazione delle derivate aerodinamiche. [12 ore] Le derivate aerodinamiche nelle variabili di stato del moto vario longitudinale; le derivate di controllo nell'angolo di barra dell'equilibratore. Le derivate aerodinamiche del moto vario latero-direzionali; le derivate di controllo negli angoli di barra del timone e degli alettoni. Autorotazione e vite.
Richiami ai concetti di risposta del velivolo all’input esterno in campo lineare [12 ore]. Richiami sulla trasformata di Laplace. Rappresentazione stato-spazio. Rappresentazione per funzioni di trasferimento. Risposta al comando. Risposta in frequenza . Definizione delle equazioni del moto in atmosfera non uniforme: raffica e turbolenza (modelli stocastici).
Programma di sviluppo di un FCS (Flight Control System) [10 ore]. Flying/handling qualities e specifiche militari. Il rispetto delle normative: definizione delle specifiche. Approccio classico al controllo. Risposta del velivolo open/close loop. Il controllo a feedback proporzionale.

Alle ore di lezione si alternano le esercitazioni in aula. Di norma alle ore di lezione corrisponde un numero di ore di esercitazione in aula pari al 20% del totale, cioè circa 10 esercitazioni, distribuite durante il corso, 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.
Il materiale per le esercitazioni viene fornito dagli esercitatori. Gli esercizi sono proposti in modo da seguire il progressivo approfondimento didattico e richiedono semplicemente l’uso di calcolatrici tascabili. Logicamente gli stessi esercizi possono essere svolti in modo più completo realizzando semplici programmi in Fortran o MATLAB. Di norma per ogni ora di esercitazione in aula l’allievo deve prevedere un lavoro personale a casa per completamenti.

Non esiste al momento un unico libro di testo. Il docente fornirà copia degli appunti scritti durante le lezioni. Esistono vari libri che coprono in modo esteso tutti gli argomenti del corso e saranno indicati a lezione dal docente. Vari altri testi, in lingua italiana ed inglese, sono disponibili per eventuali approfondimenti e saranno anch’essi indicati dal docente.
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.
Principali testi eventualmente consultabili:

- Bernard Etkin, Dynamic of Atmospheric Flight, Wiley & Sons
- Marcello R. Napolitano, Aircraft Dynamics, Wiley & Sons
- Robert Nelson, Flight Stability and Automatic Control, 2nd edition, McGraw-Hill Co.

La verifica dell’apprendimento consiste nel solo esame finale che accerta l’acquisizione delle conoscenze attese. 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: una prova scritta, da svolgere senza l'aiuto di appunti o libri, che consiste in alcuni quesiti, cioè domande di teoria e/o esercizi e di un successivo colloquio (nel caso di esito positivo della prova scritta). Le domande corrispondono ciascuna a un argomento scelto tra quelli della teoria esposta a lezione, gli esercizi a un semplice problema, del tipo di quelli svolti 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 di dimostrare la capacità di individuazione della 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 prova stessa, 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.