Il corso si propone di presentare agli allievi, in una visione interdisciplinare, le problematiche della progettazione dei veicoli aerospaziali sintetizzando le conoscenze acquisite nei corsi di aerodinamica, meccanica del volo, strutture aerospaziali, motori per aeromobili, etc., e poter quindi effettuare il progetto generale e di dettaglio di un Velivolo da trasporto passeggeri; in particolare, si vorrà far comprendere come tutte tali scienze siano tra di loro fortemente interconnesse in un ciclo chiuso di ottimizzazione multidisciplinare. Gli studenti saranno messi in grado di utilizzare il software maggiormente in uso nell’industria aerospaziale quali i mezzi di disegno 3D (Catia) e di calcolo sia teorico che numerico per il progetto di un veicolo aerospaziale (Nastran, etc.). Come da antica tradizione di questo Politecnico, una parte del corso (essendo questo inserito nell’ambito del Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/04 – Costruzione e Strutture Aerospaziali) verterà sull’analisi teorica delle strutture aerospaziali (20h circa).

Capacità di eseguire delle analisi teoriche e numeriche, di tipo interdisciplinare, sulle varie scienze costituenti il progetto di un veicolo aerospaziale.

Buona conoscenza di costruzioni aeronautiche, aero- e gasdinamica, meccanica del volo, motori per aeromobili, strutture aeronautiche, tecnologie aerospaziali.

Veicoli Spaziali
Overview dei veicoli spaziali abitati e dei lanciatori. Scenario delle prospettive dello spazio; esplorazione spaziale; obiettivi e fase del progetto; vincoli, analisi e requisiti della missione; Prestazioni e Sicurezza della Missione.
Carichi di progetto, effetti ambientali a terra e nello spazio: vuoto, radiazioni, protezione da micro meteoriti, etc.
Fase A del progetto: definizione, progetto e sviluppo, produzione, assemblaggio e integrazione.

Fasi e tendenze del progetto di aeromobili
Indagine di Mercato; Fasi Del Progetto; Layout Fusoliera, Ala, etc. Analisi critica delle diverse configurazioni. Progetto come ottimizzazione; indici di merito; stima preliminare dei pesi, centramento del velivolo e caratteristiche inerziali. Prestazioni del Velivolo, Analisi e Stima dei Costi. Influenza sul progetto delle Norme di Aeronavigabilità. Sicurezza in volo.
Progetto Aerodinamico [scelta dei profili in funzione dei requisiti di volo; caratteristiche aerodinamiche dei profili alari (2D) e delle superfici portanti (3D); contributo dei diverse componenti alla resistenza totale; sistemi di ipersostentazione. etc.
Progetto per le prestazioni e qualità di volo; requisiti di volo; decollo, atterraggio, salita in quota e missione operativa; stabilità e manovrabilità; etc.
Potenze necessarie per il volo, sistemi propulsivi, consumi ed autonomie. Inquinamento acustico ed atmosferico. Progetto e realizzazione di Velivoli elettrici.
Progetto strutturale: tema e requisiti di specifica. Livelli di carichi di progetto. Prescrizioni di robustezza, rigidezza, elasticità. Carichi derivanti da manovre dell'aeromobile e dalla turbolenza atmosferica. Norme di aeronavigabilità. Campo di sicurezza assoluto e campo di sicurezza regolamentare. Fattori di carico. Principali tipi di manovre e relativi fattori di carico. Condizioni ambientali. Concetto di struttura safe-life, fail-safe e damage tolerant.
Fatica e meccanica della frattura come aspetti caratterizzanti il progetto delle strutture aeronautiche; spettri di carico a fatica. Problemi relativi alla sicurezza, vita a fatica ed affidabilità delle strutture aerospaziali. Fenomeni di concentrazioni di tensioni. Principali materiali aerospaziali (Leghe di Mg, Al, Ti, Acciai, Compositi): caratteristiche meccaniche, criteri di scelta e di impiego.
Teoria dei laminati multistrato e delle strutture sandwich.
Fenomeni non-lineari tipici delle strutture aeronautiche. Stabilità delle strutture; cassoni alari soggetti a flessione e/o torsione, etc. Tensioni correttive. Prove sperimentali.

Gli studenti dovranno effettuare il Progetto preliminare di un aeromobile.
Definizione dei requisiti della missione di volo. Norme di aeronavigabilità.
Determinazione delle caratteristiche aerodinamiche dei profili alari (metodi diretti ed inversi) e delle superfici portanti (distribuzione dei carichi aerodinamici). Determinazione dei contributi dei diverse componenti alla resistenza totale.
Stima preliminare dei pesi e delle caratteristiche geometriche ed inerziali.
Prestazioni e qualità di volo; requisiti di volo, stabilità e manovrabilità; brusca manovra longitudinale,
Potenze necessarie per il volo, sistemi propulsivi, consumi, autonomia. etc.
Progetto di dettaglio strutturale di un aeromobile.
Diagrammi di manovra e raffica; Tracciamento dei diagrammi di sforzo normale, taglio, momento flettente e momento torcente sulle diverse superfici (ala, fusoliera, impennaggi).
Studio delle strutture degli elementi principali col metodo degli elementi finiti. Realizzazione modello con CATIA ed Analisi con NASTRAN.

Le diverse esercitazioni numeriche saranno tenute, in un’unica seduta di 1,5 ore, presso i Laboratori Informatici del CESIT.
La tesina relativa al progetto di un aeromobile (non obbligatoria) può essere svolta in gruppo (al massimo 3 studenti).

1) L.R. Jenkinson, P. Simpkin, D. Rhodes: "Civil Jet Aircraft Design", Arnold Publ., 1999.
2) E. Torenbeek: "Synthesis of Subsonic Airplane Design", Delft Univ. Press, 1976.
3) J. Roskam: "Airplane Design", Part I-VIII, Roskam, 1985
4) D. Howe: "Aircraft Conceptual Design Synthesis", Professional Engineering Publ., 2000.
5) D. P. Raymer: "Aircraft Design: A Conceptual Approach", AIAA Education Series, 1989.
6) D. Stinton: "The Design of the Aeroplane", BSP Professional Books, Oxford, 1993.
7) L.R. Jenkinson, J. F. Marchman III: "Aircraft Design Projects for engineering students", Butterworth-Heinemann. (Elsevier Science Ltd), 2003.
8) C. Matthews: "Aeronautical Engineer’s Data Book", Butterworth-Heinemann, 2002.
9) G. Romeo: Appunti per il corso di "Progettazione di Veicoli Aerospaziali". Vol. 1 e 2. Politeko Ed. (Non esaustivo).
10) G. Romeo, G. Frulla: "Buckling & Post-Buckling Of Advanced Composite Structures", Pubblicazioni varie.

Lo studente sarà seguito personalmente dal docente e/o dai collaboratori nell’apprendimento, durante le lezioni, le esercitazioni ed il laboratorio in corso d’anno.
E’ fortemente consigliata la frequenza delle lezioni e delle esercitazioni in laboratorio.
Si andrà a verificare la conoscenza adeguata degli aspetti metodologici-operativi insegnati durante il corso, e la capacità di utilizzare tale conoscenza per interpretare e descrivere i problemi relativi ai contenuti del Corso.
La preparazione dello studente sarà valutata in un esame scritto a risposta aperta sugli argomenti trattati a lezione e sulla tesina concernente il progetto preliminare di un velivolo.
La relazione sul progetto di aeromobile (non obbligatoria) deve essere consegnata su CD o USB, inclusi tutti i programmi e dati utilizzati, almeno tre giorni prima la data ufficiale dell’appello.
La durata dell’esame sarà di 2 ore e lo studente dovrà rispondere a 2 argomenti teorici trattati a lezione ed ad uno nella tesina concernente il progetto preliminare del velivolo.
Il contributo della tesina al voto finale (se realmente elaborata e consegnata) viene valutato da 0 a 7/30, in base alla qualità della relazione, dei calcoli effettuati e dei programmi elaborati.
L’esame scritto viene valutato da 0 a 23/30.
Voto finale (da 0 a 30/30 e lode) sarà ottenuto dalla somma del voto della tesina e dell’esame scritto.
All’esame non è ammesso l’utilizzo di alcun tipo di materiale.