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, sistemi, strutture aerospaziali, motori per aeromobili. Fra le applicazioni maggiore rilevo sarà dato al progetto velivolo commerciale subsonico. Gli studenti saranno messi in grado di utilizzare il software maggiormente in uso nell’industria aerospaziale quali i mezzi di disegno 3D e di calcolo sia teorico che numerico per il progetto di un veicolo aerospaziale (Nastran, etc.). Si approfondiranno inoltre alcuni temi delle strutture aerospaziali ed in particolare il loro progetto a fatica.

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, sistemi e impianti, meccanica del volo, motori per aeromobili, strutture aeronautiche, tecnologie aerospaziali.

Rassegna dei veicoli spaziali. 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. Rassegna di aeromobili. Analisi preliminare di avamprogetto o progetto concettuale. 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. Principi di Project Mangament e organizzazione delle attività. 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. Durante le esercitazioni, vengono illustrate le più moderne metodologie di progettazione integrata dei velivoli, privilegiando lo studio delle metodologie di prototipazione rapida che si basano su schemi iterativi e ricorsivi, rispetto agli schemi a cascata o sequenziali, ormai obsoleti. A partire da un set di requisiti di alto livello, ogni studente è invitato ad applicare le metodologie e gli strumenti forniti a lezione per svolgere tutte le principali attività necessarie alla definizione di un concetto fattibile di velivolo. Tra le principali attività svolte dagli studenti, si notino: la derivazione dei requisiti di progetto e la loro suddivisione formale secondo gli standard internazionalmente riconosciuti; la derivazione di una popolazione statistica adeguata; derivazione di leggi statistiche e confronto rispetto ai modelli semi-empirici presenti in letteratura; Definizione di diagrammi Payload-Range; l'individuazione di aree di fattibilità e suggerimento delle possibili soluzioni ottimali; avamprogetto dell’ala, dalla selezione del profilo alare, allo sviluppo dell’ala tridimensionale; progettazione della fusoliera; progettazione degli impennaggi e delle relative superfici mobili; valutazione preliminare delle prestazioni aerodinamiche e propulsive; verifica dei requisiti relativi alla corsa di decollo ed atterraggio e delle caratteristiche inerziali, anche attraverso l’uso di modellazione CAD parametrica.

I corsi A e B potranno essere svolti in maniera diversa dai docenti titolari degli stessi, conservando gli obbiettivi base della conoscenza del Progetto di velivoli aeronautici e spaziali. Lo stesso dicasi per l'accertamento finale che potrà essere orale, scritto o misto. The courses A and B could be held in different forms. The main objectives of the Aeronautical Structures knowledge will be preserved. The final exams could be written and/or oral.

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 delle 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 CAD ed Analisi con NASTRAN. Per il corso A è previsto il progetto, a squadra, di un veilvolo diverso dall'aeromaobile subsonico di uso commerciale. Per il corso B e prevista una suddivisione del progetto in due parti: la prima parte limitata alla definizione della configurazione preliminare, la seconda parte focalizzata sulla definizione di dettaglio della stessa configurazione preliminare oppure in alternativa la seconda parte del progetto riguarderà una configurazione diversa dal velivolo di uso commerciale. Tale differente configurazione verrà definita con il docente all’inizio del corso. L’attività di progettazione sarà finalizzata alla preparazione di una relazione conclusiva per ciascuna parte. Le diverse esercitazioni numeriche saranno tenute presso i Laboratori Informatici di Ateneo. La tesina relativa al progetto di un aeromobile potrà essere svolta a livello individuale o in gruppo. A questo si aggiunge lavori a squadre su configurazioni e velivoli che si modificano di anno in anno. Per il corso B e prevista una suddivisione del progetto in due parti: la prima parte limitata alla definizione della configurazione preliminare, la seconda parte focalizzata sulla definizione di dettaglio della stessa configurazione preliminare oppure in alternativa la seconda parte del progetto riguarderà una configurazione diversa dal velivolo di uso commerciale. Tale differente configurazione verrà definita con il docente all’inizio del corso. L’attività di progettazione sarà finalizzata alla preparazione di una relazione conclusiva per ciascuna parte.

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. 11) E. Antona, 'Appunti di Progetto di Aeromobili', 2005

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto individuale;

Exam: Written test; Individual essay;

... 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. Per il corso A l'accertamento consisterà in una prova orale che sarà preceduta da una valutazion delle relazioni prodotte. Per il corso B la preparazione dello studente sarà verificata mediante un esame scritto a risposta aperta sugli argomenti trattati a lezione organizzati in quesiti derivati da esempi o situazioni operative, congiuntamente alla valutazione delle due relazioni conclusive. Le relazioni conclusive (non obbligatorie) in pdf devono essere consegnate via e-mail o sulla pagina “elaborati” del portale almeno tre giorni prima la data ufficiale dell’appello. Il contributo delle relazioni al voto finale viene valutato da 0 a 5/30 per la prima parte e da 0 a 5/30 per la seconda parte (complessivamente da 0 a 10/30), 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 delle relazioni e dell’esame scritto. All’esame non è ammesso l’utilizzo di alcun tipo di materiale se non quello concordato con il docente.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.