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Fondamenti di macchine e propulsione
01MYYLZ
A.A. 2020/21
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale - Torino
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 63 |
| Esercitazioni in aula | 16,5 |
| Esercitazioni in laboratorio | 1,5 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Casalino Lorenzo - Corso 1 | Professore Ordinario | IIND-01/G | 63 | 16,5 | 7,5 | 0 | 14 |
| Marsilio Roberto - Corso 2 | Professore Associato | IIND-01/G | 63 | 16,5 | 0 | 0 | 9 |
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | ING-IND/07 | 8 | B - Caratterizzanti | Ingegneria aerospaziale |
|---|
2020/21
Il corso si propone di fornire agli studenti le nozioni di base riguardanti il funzionamento dei principali motori/propulsori di impiego aeronautico: motoelica, turboelica/turboalbero, turbogetto, turbofan e autoreattore. Verranno inoltre analizzate le turbomacchine comunemente impiegate in campo aerospaziale (turbocompressori assiali e centrifughi, turbine assiali e turbopompe), determinandone le prestazioni sia in funzionamento nominale che “fuori progetto”. Indicativamente il corso è articolato in sessanta ore di lezione e venti di esercitazione.
The course aims at providing to the students the basic notions which concern the most important engines/thrusters used in aeronautic propulsion: piston-propeller, turbo-prop and turboshaft, turbojet, turbofan, and ramjet. Fluid machines commonly used in aerospace propulsion (axial and centrifugal turbocompressors, axial turbines, and turbopumps) are also analyzed, determining the on-design and off-design performance. The course consists of approximately 60 hours of formal lectures and 20 hours of computing classes.
Conoscenza dei principi di funzionamento e delle prestazione dei motori e propulsori di impiego aeronautico; conoscenza dei principi di funzionamento in condizioni nominali e fuori progetto e delle prestazioni di turbomacchine motrici ed operatrici.
Knowledge of the working principles of aeronautic engines and thrusters, knowledge of the working principles, on-design and off-design performance of fluid machines.
Elementi di termodinamica, fluidodinamica e meccanica di base.
Elementi di termodinamica, fluidodinamica e meccanica di base.
Classificazione delle macchine a fluido. Richiami di termodinamica. Velocità del suono e proprietà di ristagno in una corrente fluida. Numero di Mach.
Flusso adiabatico ed isoentropico di una corrente unidimensionale stazionaria. Pressione critica e condizioni di criticità.
Lavoro di espansione e di compressione. Rendimenti adiabatici ed idraulici.
Turbocompressori: Espressione del lavoro in una turbomacchina; triangoli di velocità. Compressore assiale: triangoli di velocità; lavoro, perdite e rendimento; grado di reazione. Mappa del compressore. Pompaggio, stallo rotante. Funzionamento fuori progetto, avviamento. Equilibrio radiale e cenni su criteri di svergolamento. Compressori centrifughi. Regolazione dei turbocompressori.
Turbine:Turbina assiale semplice ad azione; descrizione della macchina, triangoli di velocità, profili delle palettature; espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale e reale. Turbina assiale semplice a reazione; grado di reazione; triangoli di velocità e profili delle palettature; espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale e reale; confronto con la turbina ad azione.
Turbopompe: cavitazione ed NPSH.
Motori alternativi: Ciclo ideale, ciclo limite e ciclo indicato. Rendimenti. Coefficiente di riempimento. Pressione media indicata ed effettiva. Caratteristica meccanica. Influenza delle condizioni ambiente. Sovralimentazione.
Spinta e rendimento propulsivo, definizione di prestazioni per propulsori aeronautici. Ciclo Joule-Bryton. Prese d'aria. Prestazioni a progetto dei diversi aeropropulsori e turbomotori: autoreattore, turboreattore semplice, turboreattore a doppio flusso (flussi separati e miscelati), turboelica. Postcombustione. Cenni su endoreattori.
Classification of fluid machines. Thermodynamics. Speed of sound, stagnation conditions of a free flow. Mach number.
Adiabatic and isentropic one-dimensional steady flow. Critical pressure and choking conditions.
Espansion and compression work. Adiabatic and polytropic efficiency.
Turbocompressors: work, velocity triangles. Axial compressor: work and losses, efficiency, degree of reaction. Compressor map. Surge and rotating stall. Off-design performance, starting. Radial equilibrium and blade twist. Centrifugal compressor. Throttling.
Turbines: impulse axial turbine; description velocity triangles, blade profiles; work and efficiency (ideal and real behaviour). Axial reaction turbine; degree of reaction, velocity triangles and blade profiles. Comparison with impulse turbines.
Turbopumps: cavitation and NPSH.
Reciprocating engines: ideal and real cycles. Efficiencies. Volumetric efficiency. Mean indicated and effective pressures. Torque and power characteristic. Influence of ambient conditions. Supercharging.
Thrust and propulsive efficiency, performance of air-breathing engines. Joule-Bryton cycle. Inlets, On-design performance of air-breathing engines: turboshaft, turbojet, turbofan (mixed-flow and separate-flow) turboprop and ramjet. Introduction to rocket propulsion.
Si svolgeranno esercitazioni numeriche su: funzionamento di ugelli compressori e turbine: turbogetto: turboelica: turbofan a flussi separati e a flussi uniti. Laboratorio su caratteristiche costruttive di motori e propulsori; visita alla collezione Capetti di motori per aeromobili.
Numerical exercises will be carried out about operation of nozzle, compressors and turbines; turbojet; turboprop; separate-flow and mixed-flow turbofan. Laboratory about thrusters and engines characteristics; visit of Capetti collection of aeronautic engines.
P.G. Hill, C.R. Peterson, Mechanics and Thermodynamics of Propulsion, Addison-Wesley, 1992.
A. Beccari, Macchine, Vol. 1, CLUT, 1980.
G. Colasurdo, Motori alternativi (dispense)
P.G. Hill, C.R. Peterson, Mechanics and Thermodynamics of Propulsion, Addison-Wesley, 1992.
A. Beccari, Macchine, Vol. 1, CLUT, 1980.
G. Colasurdo, Motori alternativi (notes)
Modalità di esame: Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
La prova di valutazione è scritta, della durata di due ore, sotto forma di 2 o 3 quesiti a risposta aperta su argomenti di teoria sviluppati nelle lezioni, e non prevede l'uso di materiale didattico.
I quesiti sono in forma di domande articolate, in modo da guidare lo studente nella descrizione delle caratteristiche costruttive, dei principi di funzionamento e delle prestazioni di macchine, motori, e propulsori trattati nel corso.
Exam: Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
The examination is only written and will last 2 hrs. The written exam consists of two or three open questions on the topics treated during the lessons. Books and notes will not be available during the examination.
The questions are given with different topics in such a manner to witness the student knowledge of the contents of the course.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
La prova di valutazione è scritta, della durata di due ore, sotto forma di 2 o 3 quesiti a risposta aperta su argomenti di teoria sviluppati nelle lezioni, e non prevede l'uso di materiale didattico.
I quesiti sono in forma di domande articolate, in modo da guidare lo studente nella descrizione delle caratteristiche costruttive, dei principi di funzionamento e delle prestazioni di macchine, motori, e propulsori trattati nel corso.
Exam: Written test; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
The examination is only written and will last 2 hrs. The written exam consists of two or three open questions on the topics treated during the lessons. Books and notes will not be available during the examination.
The questions are given with different topics in such a manner to witness the student knowledge of the contents of the course.