Anno:periodo5:2 Lezioni, esercitazioni, laboratori:6+2 (ore settimanali) Docente: Fulvia Quagliotti (collab.:Giorgio Guglieri)
Il corso ha per oggetto l'applicazione dello studio della dinamica del corpo rigido al .volo atmosferico ed extra-atmosferico. Definiti i principali sistemi di riferimento uti-•
lizzati nella dinamica del volo, le equazioni cardinali della meccanica vengono scritte per ciascuno di essi,sia in forma vettoriaie che scalare. Si richiamanole ipotesidi linearizzazione delle equazioni del moto e viene trattata la modellizzazione matematica non lineare dei carichi aerodinamici. Si introduce il concetto di derivata aerodinamica e la definizione dei parametri di stabilità. Si definiscono le equazioni complete del moto in forma dimensionale e non dimensionale. Si studiano le caratteristiche di stabilità degli aeromobili e dei corpi fusiformi, estese alle condizioni di volo ad alta incidenza. Si analizzano le principali forme di instabilità, con particolare riguardo a quelle tipiche del volo ad alta incidenza.
REQUISITI.
Meccanica del volo,Meccanica applicata.
PROGRAMMA
- Sistemi di riferimento e trasformazioni.
Equazioni del moto di un corpo rigido nei diversi sistemi di riferimento.
Elementi di balistica: studio delle traiettorie ed equazioni fondamentali.
Stabilizzazione delle traiettorie: giroscopica, aerodinamica ed automatica.
Specializzazione delle equazioni del moto per lo studio della dinamica del velivolo.
Moto longitudinale e latero-direzionale a bassi angoli di incidenza.
Dinamica del volo ad alti angoli di incidenza.
Studio delle caratteristichedi manovrabilitàed agilità.
Sistemidi controllo: richiami sulla trasformata di Laplace, risposta indiciale ed impulsiva, funzioni di trasferimento e risposta in frequenza, poli e zeri del sistema, risposta al comando (open loop), generalità sui sistemi di controllo lineari (closed loop), applicazione dei controlli con retroazione (autopilota).
Interfaccia uomo-macchina.
Esame e critica della normativa vigente con particolare riferimento alle qualità di volo.
Metodi sperimentali per la determinazione dei parametri di stabilità in galleria del vento.
BIBLIOGRAFIA
B.Etkin,Dynamics offlight:stability and control, Wiley.
H.Ashley, Engineering analysis offlight vehicles, Addison Wesley.
B.McCormick, Aerodynamics, aeronautics andflight mechanics, Wiley.
L.Mangiacasale, Meccanica del volo atmosferico,Levrotto& Bella.
B 180 O Endoreattori
Anno:periodo5:2 Lezioni,esercitazioni,laboratori:6+2(oresettimanali) Docente:Dario Pastrone (collab.: GiuseppeBussi)(probabile docent edel corso)
Il corso descrive gli endoreattori chimici, attualmentedi predominanteimportanza.
In una prima parte del corsosono trattati i principi fisicicomuni ai diversi tipi di endoreattori chimici, quali la termochimica in camera di combustione, l'espansione nell'ugello ed il problemadelraffreddamento.
In una seconda parte del corso si analizzano in dettaglio i diversi tipi di endoreattori (a propellentiliquidi,solidied ibridi):sono descrittii propellentidicomune impiego,ilprocesso di combustione,ivaricomponenti,le peculiarità del sistema, studiandone le prestazioni per evidenziare le rispettive possibilità di impiego in campo spaziaie. Vengono inoltre descritti alcuni propulsori esistenti.
REQUISITI
Sono presupposteconoscenzedibase nel campo dellemacchine a fluido e della meccanica dei fluidi, fomitenei corsi di Macchine,Aerodinamicae Gasdinamica; sono inoltre utili nozioni acquisibili nei corsi di Motori peraeromobilie Propulsioneaerospaziale.
PROGRAMMA '
Introduzione. [4 ore]
Classificazione degli endoreattori. Definizioni di prestazioni di comune impiego m razzotecnica. Descrizione dei sistemi propulsividello Spaceshuttle.
Prestazioniideali. [6 ore]
Modello di endoreattore ideale. Termochimica dei propellenti: calcolo delle condizioni in camera di combustione. Espansione dei gas combusti:composizione congelata, composizione in equilibriocomposizione reale e modelli approssimati. Fattori che influenzano la velocità di eiezione. Significato ed espressione divelocità caratteristica e coefficiente di spinta. Impulso specifico per densità. Tempo di permanenza in camera di combustione e lunghezza caratteristica.
Prestazionireali. [6 ore]
Fattori di correzione Presenza di particelle solide/liquide nei gas di scarico. Urto di condensazione. Effetti dello strato limite. Effetti della pressione ambiente:configurazione del getto,distacco del getto, scelta dei rapporto di espansione. Geometriadell'ugello :ugello ideale,ugelloconico, ugelloa campana, ugelli anulari.
Il problemadelraffreddamento. [8 ore]
Aspetti peculiari della trasmissione del calorenegli endoreattori: conduzione,irraggiamento, convezioneforzata gas/parete e parete/liquido refrigerante. Metodi di raffreddamento attivi e passivi. Raffreddamento a ciclo rigenerativo: bilancio locale e globale, qualità desiderabili di propellente per il suo impiego come refrigerante. Influenza della pressione in camera di combustione,della spintaedel rapporto di miscela. Materiali ablativi e refrattari.
Endoreattori a propellentiliquidi.partel. [14 ore]
Propellenti liquidi: criteri di sceltadel propellente,prestazioni e caratteristiche chimico-fisiche dei propellenti di comune impiego. Serbatoi; espulsione del propellente in condizioni di microgravità o con accelerazioni avverse (settling e propellant management) . Sistemi'di
alimentazionemediantegas pressurizzante(gas compresso,evaporazionedelpropellente, gas generatotramite reazionechimica). Sistema di alimentazionetramite turbopompe:cicli aperti e ciclichiusi, pompe assiali/centrifughe, problemi di cavitazione,turbine, accoppiamento pompa- turbina.
Endoreattori a prope llentiliquidi,parte11. [14 ore]
Processo di combustionedi propellenti liquidi. Instabilitàdicombustione:tipi principali di instabilità, analisi e rimedi. Sistema di iniezione: tipi di iniettore, criteri di progetto di un iniettore. Sistema di accensione. Camera di combustione: criteri di scelta di forma e dimensione,realizzazionedi sistemadi raffreddamentorigenerativo.
Endoreattori a propellenti liquidi,parte 111. [6 ore
l
Giunti; valvole; condotti. Calibrazione del sistema. Regolazione del modulo della spinta.
Orientamentodella spinta. Descrizione di alcuniendoreattori a liquidi.
Endoreattori a propellentisolidi. [8 ore]
Classificazione e caratteristiche deipropellenti solidi. Proprietàbalistiche. Meccanismo di combustione: Instabilità di combustione. Accensione espegnimento. Geometrie usualidel granodipropellente. Processi diproduzione. Materiali eparticolarità costruttive di involucri ed ugelli. Controllo della direzione della spinta. Descrizione di alcuni endoreattori a propellenti solidi.
Endoreattori a propellentiibridi. [4 ore]
Propellenti ed applicazioni. Processo di combustione. Configurazione del grano e pre-stazioni.
ESERCITAZIONI'
In ciascuna esercitazione viene, di massima, affrontato un problema diverso. Tra i temi trattati:calcolo delle condizioniincamera di combustione; prestazioni,dimensionamento e raffreddamento della camera dispinta degli endoreattori apropellenti liquidi perun lanciatore atrestadi;ilsistema dialimentazionedello55MB (Sp aceshuttle main engine);progettodi endoreattore a propellentesolido;progettodi endoreattorea propellenti ibridi.
LABORATORIO
Rilievo dell'andamento dellapressione in camera di combustionedi piccolo endoreattorea propellentesolidoconugellointercambiabile.
(Gliallievivengono raggruppati insquadre diIO).
BIBLIOGRAFIA Testodi riferimento:
G.P.Sutton,Rocketpropuls ion elements,6th ed.,Wiley,1992.
Testiausiliari:
K.Huzel,H.Huang,Modern engineeringfor design ofliquid-propellant rockètengines, In:
"Progress inastronauticsand astronautics", vol, 147,AlAA,1992.
Y.M. Tirnnat,Advanced chemical rocket propulsion ,Academic Press, 1987.