Il corso si propone di presentare e di fornire agli studenti le problematiche e le metodologie utilizzate per il progetto (60 ore) e per il controllo (20 ore) dei propulsori aeronautici a turbina, "Gas Turbine Engines".

Il corso è suddiviso in due moduli, nel primo modulo (60 ore)
partendo dal profilo di missione e dai requisiti e dai vincoli dell'aeromobile ("Request for Proposal", RFP) gli studenti saranno messi nelle condizioni di poter effettuare il progetto preliminare globale del propulsore e dei suoi singoli componenti. A tal fine, l'attenzione verrà indirizzata allo sviluppo di un turbofan con mixer che dovrà equipaggiare un "Air-to-Air Fighter" di prossima generazione.
Nel secondo modulo (20 ore) verrà data particolare importanza al progetto del controllo del sistema propulsivo ed in particolare gli studenti verranno guidati nel progetto di un sistema di controllo FADEC (Fully Authority Digital Engine Controller) per un turbomotore.

Conoscenza delle problematiche connesse al progetto e lo sviluppo del motore e dei suoi componenti..
Capacità di valutazione critica nelle scelte progettuali, capacità di lavoro in team di sviluppo.

Gasdinamica, Fondamenti di Macchine, Motori per Aeromobili.

Progetto Motore (60 ore)
Il processo del progetto: richiami di termodinamica, filosofia del progetto, esempio dei requisiti di missione per un AAF (Air-to-Air Fighter). Analisi dei vincoli: prestazioni di volo in termini di spinta e carico alare, analisi delle manovre di volo, carichi aerodinamici, inviluppo di volo. Analisi di missione: termodinamica del volo, pesi e consumo di carburante, esempio di analisi di missione (RFP) per un AAF. Analisi parametrica e prestazionale del ciclo termodinamico: spinta installata e non installata, consumo specifico, il modello di gas, portata d'aria e spillamenti, rendimenti dei componenti, analisi prestazionale "off-design" del motore e dei componenti, selezione del motore più appropriato, analisi di sensitività, parametri adimensionali, mappe di compressore, combustore, turbina, il "matching" dei componenti. Dimensioni di massima del motore: resistenza addizionale per presa d'aria e ugello di scarico, dimensionamento della presa, dimensionamento dell'ugello di scarico,
scelta del numero di motori. Progetto dei componenti motore: quantità globali e di interfaccia, linea di funzionamento del motore, elementi di progetto delle turbomacchine (fan, compressore, turbina) con relativo "flowpath", sistema di combustione e componenti, presa d'aria e ugello.

Controllo Motore (20 ore)
Richiami di controlli automatici. La trasformata di Laplace. I sistemi dinamici. Caratterizzazione di sistemi dinamici Linear Time Invariant. Controllo in anello aperto. Stabilità dei sistemi lineari. Controllo in anello chiuso. I regolatori PID.
Simulazione numerica di architetture motore in condizioni fuori prgetto e in instazionario. Estrazione di modelli lineari di motore dalla simulazione numerica.
Progetto del FADEC. progetto dei set-point controllers. Progetto dei transient controllers. Controllo dei limiti macchina. Startegie di integrazione dei vari modi di controllo.

Le esercitazioni saranno di carattere numerico e verteranno sul progetto preliminare globale e dei singoli componenti di un propulsore a turbina (turbofan) per un aeromobile di nuova generazione. In particolare, gli studenti divisi in team (max 4 persone) si occuperanno dello sviluppo di un propulsore per un caccia militare. Sarà obbligatorio per ciascun team presentare una relazione scritta che sarà parte integrale dell'esame finale.
Per le esercitazioni verranno utilizzati i software matlab e EADsys.

Appunti e materiale didattico verranno forniti dal docente durante il corso.

Per un ulteriore approfondomento si consigliano i seguenti testi:

- J.D. Mattingly, W.H. Heiser, D.T. Pratt, "Aircraft Engine Design - 2nd Edition", AIAA Educational, 2002.
- J.D. Mattingly, H. von Ohain, "Elements of Propulsion: Gas Turbine and Rockets", AIAA Educational, - 2006
- Sobey A.J., Control of aircraft and missile powerplants: an introduction to the analysis and design of engine control systems, Wiley.
- Jaw L.C., Mattingly, J.D., Aircraft Engine Controls Design: system analysis and health monitoring, AIAA Education Series, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc, Reston, VA
- Walsh P., Fletcher P., Gasturbine performances (second edition). Wiley.

L'esame è orale e prevede due o tre domande relative alla parte teorica e la discussione delle esercitazioni. È richiesta una dettaglia relazione sulle esercitazioni svolte che concorre, assieme all'esame orale, in maniera paritaria alla formulazione del voto finale. L’esame dura circa mezz’ora.