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Aeroacustica
04AAEMT
A.A. 2025/26
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale - Torino
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 40 |
| Esercitazioni in aula | 20 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Avallone Francesco | Professore Ordinario | IIND-01/F | 40 | 20 | 0 | 0 | 1 |
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | ING-IND/06 | 6 | D - A scelta dello studente | A scelta dello studente |
|---|
2025/26
L’aeroacustica è una branca avanzata dell’ingegneria che studia i meccanismi di generazione, propagazione e controllo del rumore prodotto da flussi aerodinamici. Questo corso, rivolto a studenti al secondo anno della laurea magistrale, approfondisce i fondamenti teorici e gli strumenti analitici e numerici necessari per comprendere e modellare i fenomeni acustici in ambito aerodinamico.
Attraverso un approccio integrato tra fluidodinamica computazionale (CFD), teoria delle onde acustiche e tecniche sperimentali, il corso prepara gli studenti ad affrontare problematiche reali legate al rumore generato da velivoli, turbine, droni e altri sistemi propulsivi. Particolare attenzione sarà dedicata alle tecniche di mitigazione del rumore e alle normative internazionali in ambito aeroacustico.
Il percorso formativo include: Analisi delle sorgenti di rumore aerodinamico (jet, pale, scie, ecc.), Equazioni di Lighthill e analogie acustiche, Metodi numerici per la simulazione aeroacustica, Applicazioni industriali e casi studio.
Il corso è pensato per fornire competenze avanzate utili sia in ambito accademico che industriale, con possibilità di partecipare a progetti di ricerca e sviluppo in collaborazione con aziende del settore aerospaziale.
Aeroacoustics is an advanced branch of engineering that investigates the mechanisms of generation, propagation, and control of noise produced by aerodynamic flows. This course, designed for master’s students, delves into the theoretical foundations and provides the analytical and numerical tools needed to understand and model acoustic phenomena in aerodynamic contexts.
Through an integrated approach combining computational fluid dynamics (CFD), acoustic wave theory, and experimental techniques, students will be equipped to tackle real-world challenges related to noise generated by aircraft, turbines, drones, and other propulsion systems. Special focus will be given to noise mitigation strategies and international regulations in the field of aeroacoustics.
The course includes: Analysis of aerodynamic noise sources (jets, blades, wakes, etc.), Lighthill’s equations and acoustic analogies
Numerical methods for aeroacoustic simulation, Industrial applications and case studies.
This course aims to provide advanced skills applicable in both academic research and industry, with opportunities to participate in R&D projects in collaboration with aerospace companies.
Al termine del corso, lo studente/la studentessa sarà in grado di:
- Identificare e classificare le principali sorgenti di rumore aerodinamico in diversi sistemi ingegneristici
- Applicare modelli teorici e analogie acustiche per prevedere la generazione del rumore
- Utilizzare strumenti CFD e metodi numerici per simulare fenomeni aeroacustici
- Interpretare dati sperimentali e validare i risultati numerici
- Proporre e valutare strategie di mitigazione del rumore nel rispetto delle normative vigenti
- Comunicare efficacemente i risultati tecnici in contesti accademici e industriali
At the end of the course the student should be able to analyze the typical aeroacoustic problems encountered in the context of the aeronautical design. On the basis of the acquired theoretical understanding, the student will be able to formulate the appropriate simplifications for the study of an aeroacoustic problem. Moreover, the student will be able to extract the noise sources from a numerical simulation of a given flow problem, and to perform the aeroacoustic computation to quantify the acoustic impact of the problem under study.
Sono richieste conoscenze di carattere matematico (fondamenti di calcolo differenziale e integrale, teoria delle equazioni a derivate parziali, metodi numerici) e fisico (aerodinamica e gasdinamica).
A basic knowledge of mathematics (fundamentals of differential and integral calculus, partial differential equations theory, numerical methods) and physics (aerodynaics and gasdynamics) is requested.
EQUAZIONI FONDAMENTALI DELLA MECCANICA DEI FLUIDI. Leggi di conservazione. Conservazione della massa, quantità di moto ed energia. Equazioni di Navier-Stokes ed Eulero. Relazioni termodinamiche.
CAMPO ACUSTICO: PROPRIETÀ ED EQUAZIONI. Caratteristiche del suono ed ordini di grandezza. Equazioni linearizzate. Proprietà delle onde acustiche. Energia ed intensità acustiche. Formulazione in frequenza. Parametri adimensionali e compattezza.
CAMPO ACUSTICO LIBERO. Soluzioni onda piana ed onda sferica.
ONDE INCIDENTI SU UNA SUPERFICIE PIANA DI DISCONTINUITÀ. Trasmissione ortogonale tra due mezzi acustici. Rifrazione di un’onda obliqua tra due mezzi acustici. Onda obliqua incidente su una parete flessibile.
PROPAGAZIONE DI ONDE ACUSTICHE NEI CONDOTTI. Modi acustici di condotto. Propagazione onde piane in un condotto a sezione variabile. Propagazione di onde piane nei tubi con variazione improvvisa di area. Camera di espansione. Risuonatori. Risuonatore di Helmholtz.
SORGENTI SONORE. Radiazione acustica di una sfera pulsante e di una sfera rigida oscillante. Monopolo e dipolo acustici. Funzione di Green di campo libero. Quadrupolo acustico. Approssimazione di campo lontano.
SOLUZIONE INTEGRALE DELL’EQUAZIONE D’ONDA. Funzione di Green dell’equazione d’onda. Soluzione integrale in un dominio fisso e sorgente fissa. Soluzione integrale in un dominio mobile e sorgente fissa.
SORGENTI SONORE IN MOVIMENTO. Sorgente puntiforme in movimento in uno spazio illimitato. Sorgenti fluidodinamiche in movimento.
ANALOGIE AEROACUSTICHE. Analogia aeroacustica di Lighthill. Rumore di un getto turbolento. Rumore generato dall’interazione tra un campo di moto fluido e un corpo immerso. Formulazione di Curle. Formulazione di Ffowcs Williams e Hawkings. Vortex Sound Theory.
AEROACUSTICA APPLICATA. Introduzione alle fenomenologie aeroacustiche di rilevanza nell’aerospazio.
FUNDAMENTAL EQUATIONS OF FLUID MECHANICS (1.5 hours). Conservation laws. Conservation of mass, momentum and energy. Navier- Stokes and Euler equations. Thermodynamic relations.
ACOUSTIC FIELD: PROPERTIES AND EQUATIONS (6 hours). Sound characteristics and orders of magnitude. Linearized equations. Acoustic wave properties. Acoustic energy and intensity. Frequency formulation. Non-dimensional parameters and compactness.
FREE ACOUSTIC FIELD (3 hours). Plane and spherical wave solutions.
INCIDENT WAVES ON A DISCONTINUITY PLANE SURFACE (7.5 hours). Orthogonal transmission between two acoustic media. Refraction of an oblique wave between two acoustic media. Oblique wave incident on a flexible wall.
SOUND WAVE PROPAGATION IN DUCTS (12 hours). Duct acoustic modes. Plane wave propagation in a variable cross section duct. Plane wave propagation in ducts with sudden cross section variations. Expansion chamber. Resonators. Helmholtz resonator.
SOUND SOURCES (9 hours). Acoustic radiation of a pulsating sphere and of a rigid oscillating sphere. Acoustic monopole and dipole. Free-field Green’s function. Acoustic quadrupole. Far-field approximation.
INTEGRAL SOLUTION OF THE WAVE EQUATION (6 hours). Green’s function for the wave equation. Integral solution in a fixed domain with a fixed source. Integral solution with a fixed source in a moving domain.
MOVING SOUND SOURCES (3 hours). Moving point source in an unbounded domain. Moving fluid-dynamic sources.
ANALOGICAL THEORIES (9 hours). Lighthill’s acoustic analogy. Turbulent jet noise. Noise generated for the interaction of a fluid flow with an immersed body. Curle formulation. Ffowcs Williams and Hawkings formulation. Vortex Sound Theory.
COMPUTATIONAL AEROACOUSTICS (3 hours). Introduction to the numerical methods per wave propagation phenomena.
Le lezioni di teoria (40 ore) e le esercitazioni (20 ore) sono alternate in modo coordinato.
Le esercitazioni in aula vertono su applicazioni della teoria svolta a lezione in forma di esercizi di calcolo. All’allievo vengono presentati problemi atti a sviluppare le capacità di applicare la teoria nel contesto dei problemi aeroacustici e sviluppare le competenze attese. Gli esercizi sono proposti in progressione didattica.
Parte dei calcoli svolti durante le esercitazioni saranno eseguiti utilizzando il software MATLAB fornendo le indicazioni necessarie per redigere i relativi programmi di calcolo.
Lectures (40 hours) and exercises (20 hours) are organized in a complementary way.
The exercises deal with computational applications of the theory developed during the lectures. Problems are presented to the student to develop the capability of applying the theoretical concepts to practical aeroacoustic problems and to develop the expected expertise. The exercises are proposed in didactic progression. Some of the calculations proposed during the exercises will be made using the software MATLAB providing the hints for the development of the scripts.
Testi:
Glegg, Aeroacoustics of Low Mach Number Flows (2017)
Rienstra, An Introduction to Aeroacoustics (open access, https://sjoerdr.win.tue.nl/papers/les-swr-mh.pdf)
Delft, Basics of Aeroacoustics, (open access, https://elib.dlr.de/202954/1/Notes_Basics_of_Aeroacoustics_Delfs.pdf)
Arina, appunti del corso disponibili nel materiale didattico
Slides delle lezioni
The lectures are a synthesis of many aspect of acoustics and aeroacoustics, therefore didactic notes have been prepared because of the absence of specific reference books. In the notes, references are made to specialized books for further study.
Lectures: Course notes provided in electronic format on the web portal, for the enrolled students.
Exercises: The text of the proposed exercises, with the solution trace, and the MATLAB scripts are provided to the enrolled students in electronic format on the web portal.
Slides; Esercizi risolti; Esercitazioni di laboratorio;
Lecture slides; Exercise with solutions ; Lab exercises;
Modalità di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
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L’esame finale accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. Al fine di verificare il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento, e quindi l’acquisizione delle conoscenze e delle capacità di applicarle, la verifica si compone in una prova scritta, della durata di 2 ore, composta da domande di teoria riguardanti gli argomenti svolti a lezione e domande riguardanti i problemi svolti nelle esercitazioni.
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.
Exam: Written test;
The final assessment is aimed to verify the level of knowledge about the theory and of the expected learning outcomes. To verify these objectives, the exam is a written test composed by four questions about the theory described during the lectures, and two questions about the problems studied during the exercises. All the questions have the same weight.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.