Il corso intende fornireagli allievile nozioni fondamentali della dinamica del voloe del con-trollodel velivolo, seguend o una trattazioneche fa riferimento al modello linearizzato.Dopola defin iz io ne dei punti caratteristici del velivolo che consentono di definirne i requisiti dei comand i e delle equazioni del moto vario longitudinale e latero-direzionale, si richiamano que-gli stru men ti matematici che sono indispensabili nella dinamica del volo. Si presentano poi alcu ni metodi estru men ti per poter valutare le derivate aerodinamiche che compaiono nelle equaz ioni del moto e si passa quindi allo studio della risposta del velivolo al comando ed al distu rbo atmosferico. Nella parte finale, ma comunque cospicua del corso, si forniscono agli allievi le nozioni fondamentali relative al controllo convenzionale che impiega metodi di pro-getto classicied alcune nozioni relative ai controlli moderni multi variabile.
MODULO A: CONCETII FONDAMENTALI
EM ISEM ESTR E: PRIMO
Impegno (ore) lezioni:17
Crediti: 4
esercitazioni: 6
REQUISITI
Èop p o r tu no esserea conoscenza dei concetti fondamentali della Meccanica Applicata, dell' Aerod inamica, delle CostruzioniAeronautiche e della Meccanica del Volo.
PROGRAM MA
Richiamidi Meccanica del Volo. [lO ore] Equilibrio e stabilitàsta t ica longitudinale.
Determinazione della posizionedel fuoco a comandi bloccati e liberi per via teorica e sperimen-tale. Il requisitodellaspeedstability. Il momento di cerniera e il requisito della stabilità del comand o. Sforzo di barra ed effetto dell'attrito: i requisiti del comando longitudinale: istinti-vita, trimmabilità, sensibilità. Il moto curvo nel piano di simmetria;punto di manovra a coman-dibloccati e liberi: requisiti sui gradientielevator angleperg e stickforceperg.
Cenni sui problemi di equilibramento statico e dinamico della superficie di comando.[2 ore]
Posizione limite anteriore del baricentro con esenz a "effetto suolo".
Moto vario del velivolo. [12 ore] Riferimentoinerzialee riferimento velivolo: assi corpo, assi vento, assidi stabilità. Le equazioni gen erali del moto nonstaz ionario; le equazioni delle forze in assi vento; le equazioni di forze emomenti in assi corpo. La linearizzazionedelle equazioni con leipotesidelle piccole perturbazioni. Equazioni in forma adimensionalizzata. Moto longi-tudi nale: lasoluz ione del sistema,diagrammi di Argand. Diagrammi di stabilità, luogodelle radi ci, tipi di traiettoria.Moto longitudinalea comandi liberi: lasoluz ione del sistema; l probl e-ma dell'equilibrarnento della trasmi ssion elegato al 2°e 3°modo a comandi liberi. Equazioni del motolatero-direzionale: la soluzionedel sistema,diagrammi di Argand. Equazioni della cinematicaedi navigazione.
Metodi sperimentali e teorici nella determinazione delle derivate aerodinamiche. [lO orel Le derivate aerodinamiche nelle variabili distato del moto vario longitudinale; le derivatedi con-trollo nell'angolo di barra dell'equilibratore. Le derivate aerodinamiche del moto vario latero-direzionali;le derivate di controllonegli angoli di barra del timone e degli alettoni.
LABORATORIE/O ESERCITAZIONI
- Caratteristiche aerodinamiche e condizioni di equilibrio di un velivolo tutt'ala a freccia sver-golata.
Angolo di deflessione dell'equilibratore per assicurare l'equilibrio longitudinale di un alian-te e curve aerodinamiche caratalian-teristiche.
Sforzo di barra e gradienti caratteristici del comando longitudinale.
Determinazione dei punti di manovra a comandi liberi e bloccati.
Determinazione delle caratteristiche del moto vario longitudinale a comandi bloccati.
Determinazione delle caratteristiche del moto vario latero-direzionale a comandi bloccati.
BIBLIOGRAFIA
Etkin, Dynamics of Atmospheric Flight.
NASA TN D-6800, Longitudinal Aerodynamic Characteristics of Light, Twìn-Engìne, Propeller-Driven Airplanes.
NASA TN D-6946, Lateral-Directional Aerodynamic Characteristics of Light, Twin-Engine, Propeller-Driven airplanes.
VALUTAZIONE E/OESAME
Al termine del primo emisemestreèpossibile una valutazione orale sui contenuti del modulo A consistente in un colloquio con domande sugli argomenti trattati.In caso di esito favorevolei contenuti del modulo A non saranno più oggetto di verifica alla fine del semestre. Questa valu-tazione parzialeèpossibile soltanto in questa occasione: lo studente che non la utilizza o non la supera dovrà sottoporsi all'esame complessivo.
MODULO B: RISPOSTA E CONTROLLO DEL VELIVOLO EMISEMESTRE:
Impegno (ore) Crediti: 5
SECONDO
lezioni:23 esercitazioni: 4
REQUISITI
Èopportuno essere a conoscenza dei concetti fondamentali della Meccanica Applicata, dell'Aerodinamica, delle Costruzioni Aeronautiche e della Meccanica del Volo.Èinoltre indi-spensabile aver acquisito i concetti relativi al Modulo A del Corso.
PROGRAMMA
Gli strumenti analitici necessari. [8 ore] Matrici ed operatori matriciali, differenziazione ed integrazione. La trasformazione lineare: autovalori ed autovettori, le coordinate modali. Il siste-ma lineare: soluzionetime-domain delle equazioni di stato. Coordinate modali. Decomposizione modale: applicazione alla dinamica del velivolo. La trasformazione di Fourier e di Laplace.
Tecnica delle frazioni parziali per la determinazione della trasformazione inversa. Poli e zeri della funzione di trasferimento; interpretazione della funzione di trasferimento. Sistemi di rife-rimento e trasformazioni; trasformazione di un vettore.La matrice di rotazione degli angoli e le sue proprietà. Il passaggio da un sistema di riferimento all'altro.
La risposta del velivolo al comando ed al disturbo atmosferico.[16ore]Risposta delvelivolo ad un inputsinus oidale; risp osta in frequen za.Determinazionedelle funzioni di trasferim ento del velivolo. Diagrammidi yquist, di Bode edi Nichols. Effetto dei poli edegli zerisu lla risposta in frequenza.Equazionidel moto in atmosferanonuniforme. Fenomenologiadella tur-bolenza atmosferica e wind shear; modelli di turbolenza; metodo della densitàspettrale di potenza. Rispostadel velivolo al disturboatmosferico. Leschem a tizz az ioni della raffica.
Risposta ad un comando:rispostaal comando a gradino dell'equilibratore,risposta alla manet-ta, fre q u e nz a di risposta laterale, transitorio di risposta agli alettoni ed al timone;
Accoppiamento inerziale nelle manovre rapide.
COlltroll i automatici.[22ore]Diagrammi di opinione.Flyil1gedhandling oualities;la specifica IIL-F-8785C:specifiche per il volo longitudinale e latero-direzionale. I sistemi di controllo automatico; definizionedel guadagno diloop.Progetto di un sistema SISO con il metodor
oot-/OCI/S,di assegnazionedegli autovalori e modelJollowing.Realizzazionepratica del controllore e funzioni del sistemadi controllo. Panoramicasui sistemi SAS, CAS ed autopiloti. Architettura delcontrollolongitudinale e latero-direzionale. I sistemi SAS:pitcn damper, rolldamper/yaw dam-per. Isistemi CAS:rollrate,pitchrate,normalacceieration.Gli autopiloti:pitch attitude Ilo/d, altitude Ilo/d, automaticlanding, turn coordination. Sistemi di controllo di tipo MIMO.
LABORATORI E/O ESERCITAZIONI - Risposta al comando a gradino dell'equilibratore.
- Risposta in frequenza nel piano longitudinale: calcolo analitico e diagramma di Bode.
- Larisposta longitudinale alla raffica nel dominio del tempo e della frequenza.
- Soppressione della divergenza nel modo spirale attraverso le derivate nell'angolo di derapata.
BIBLIOGRAFIA
Amerio, Metodi matematici ed applicazioni.
Baciotti, Teoria matematica dei controlli.
Etkin, Dynamics of Atmospheric Flight.
Mangiacasale, Controlli automatici del velivolo.
McLean, Automatic flight control systems.
Nelson, Flight stability and Automatic Controi.
Stevens, Aircraft Control and Simulation.
ESAM E
Lavalutazione consiste in un tradizionale esame orale. Per coloro che hanno superato la prova orale relativa al moduloA,l'esame verterà soltanto sui contenuti del modulo B ed il voto finale risulterà dalla media pesata sui rispettivi numeri di crediti dei voti dei due moduli. Per coloro che non hanno superato la valutazione del modulo A (o che non hanno ritenuto di sfruttarne la possibilità) l'esame finale sarà unico.