Il corso si propone anzitutto di fornire agli Allievi la metodolologia della Progettazione Sistemistica, con esemplificazioni basate sui più importanti impianti (o, meglio, sotto-sistemi) di bordo; così facendo si fornirà una sintetica panoramica degli stessi sottosi-sterni. Quindi si illustreranno i fondamenti di alcune tra le più usuali metodologie dell 'Ingegneria Sistemistica.
Prerequisiti
Fisica I e II - Fisica Tecnica - Elettrotecnica - Meccanica del volo - Costruzioni Aeronautiche.
Programma
Finalità e caratteristiche della Progettazione Sistemistica.
Esame dei sotto elencati impianti di bordo:
Comandi di volo Carrello d'atterraggio Impianto idraulico Impianto elettrico
Impianti pneumatico, condizionamento, anti-ghiaccio, A.P.U., avviamento motori Impianto combustibile
Avionica
Per agevolare l'apprendimento saranno effettuate esercitazioni di laboratorio, simula-zioni al computer e visite guidate.
- Elementi applicativi di controlli automatici.
- Controllo computerizzato degli impianti.
- Previsione di Pesi e Costi.
- Cenni alle problematiche installative mediante tecniche di "Digital Mock-Up".
- Affidabilità, manutenzione e supporto logistico integrato; costo del ciclo di vita e "effi-cienza di sistema".
- Sicurezza.
Laboratori elo esercitazioni
- Esercitazioni di progettazione sistemistica per: impianto idraulico, elettrico, pneuma-tico.
- Simulazioni al calcolatore di attuatore oleodinamico, di circuito idraulico e di avvia-mento pneumatico.
- Esercitazioni di laboratorio su banchi didattici "comandi di volo", "idraulico", "elettri-co", " prova ventilatori".
Esercitazioni al calcolatore su controlli automatici e Laboratorio CAD.
Esercitazioni in aula su Previsione Pesi e Costi e su tecniche per l'affidabilità, la manutenzione (e stima della relativa entità) e la sicurezza.
Bibliografia
S. CHIESA, Impianto idraulico. CLUT, Torino.
S. CHIESA, Impianto elettrico. CLUT, Torino.
S. CHIESA, Impianti pneumatico, condizionamento aria e anti-ghiaccio. CLUT, Torino.
S. CHIESA, Impianto combustibile. CLUT, Torino.
S. CHIESA Sicurezza, affidabilità e manutenzione nel progetto dei sistemi. CLUT, Torino.
Altro materiale didattico sarà fornito dal Docente per quanto non coperto da testi.
Esame
Un esame tradizionale costituito da un colloquio orale conclude il corso.
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83110 MACCHINE
Il corso fornisce agli allievi aeronautici gli elementi di base per lo studio delle macchi-ne a fluido, analizzando gli aspetti costruttivi, i principi di funzionamento, le prestazio-ni ed i metodi utilizzati per la regolazione delle principali macchine motrici ed operatri-ci. Il corso è suddiviso in due moduli,ilprimo dei quali dedicato alle turbomacchine,il secondo alle macchine volumetriche.
Prerequisiti
Fisica Tecnica e Meccanica Applicata alle Macchine.
Programma
Richiami di Termodinamica[6orero
Classificazione delle macchine a fluido. I Principio della Termodinamica in forma Lagrangiana ed Euleriana. II Principio della Termodinamica. Leggi di evoluzione.
Classificazione dei rendimenti e dei lavori per le macchine motrici ed operatrici.
Ugelli e diffusori [6 ore].
Velocità del suono e proprietà di ristagno in una corrente fluida. Flusso adiabatico ed isoentropico di una corrente unidimensionale stazionaria. Pressione critica e condizio-ni di criticità. Funzionamento di ugelli e diffusori in condiziocondizio-ni di progetto e "fuori pro-getto". Rendimento di ugelli e diffusori.
Turbine [11orero
Espressione del lavoro in una turbomacchina; triangoli di velocità. Turbina assiale semplice ad azione; descrizione della macchina, triangoli di velocità, profili delle palet-tature;
espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale e reale; variazione dei coeffi-cienti di perdita in condizioni di progetto e fuori progetto. Turbina assiale a salti di velocità; descrizione della macchina, triangoli di velocità e profili delle palettature;
espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale. Rendimento della turbina a salti di velocità nel caso reale e confronto con la turbina semplice. Turbina a salti di pressione: fattore di recupero. 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. Perdite caratteristiche delle turbine a reazione. Cenni sulle turbine radiali semplici: salto entalpico elaborabile, espressione del lavoro e triangoli di velocità.
Turbocompressori [11ore].
Lavoro di compressione ideale e reale con scambi termici.
Compressione isoterma e interrefrigerata; calcolo del minimo lavoro di compressione.
Rendimento isoentropico ed idraulico. Compressore centrifugo: triangoli di velocità, lavoro di compressione e sua espressione in funzione dei coefficienti adimensionati.
Determinazione della caratteristica manometrica del compressore centrifugo. Grado di reazione e suo andamento al variare dell'angolo di uscita delle palettature.
Compressore assiale: triangoli di velocità e profili delle palettature. Espressione del lavoro di compressione e sua espressione in funzione dei coefficienti adimensionati;
caratteristica manometrica del compressore assiale. Instabilità di funzionamento del compre s s o re: ciclo di pompaggio e stallo rotante. Problematiche relative all'avvia-mento dei turbocompressori assiali. Regolazione dei turbocompressori.
Turbopompe[4ore].
Definizioni delle grandezze caratteristiche di funzionamento e dei rendimenti delle macchine idrauliche operatrici. Caratteristica di una turbopompa centrifuga e assiale.
Problematiche relative all'installazione delle turbopompe: cavitazione ed NPSH.
Regolazione e avviamento delle turbopompe. Funzionamento in similitudine delle tur-bopompe:numero di giri caratteristico.
Compressori volumetrici [8 ore].
Compressori alternativi: ciclo della macchina ed espressione
del lavoro nel caso ideale e con perdite. Metodi di regolazione dei compressori alterna-tivi. Compressore rotativo a palette: ciclo della macchina ed espressione del lavoro.
Regolazione del compressore a palette per laminazione all'aspirazione. Compressore Roots: ciclo della macchina ed espressione del lavoro; compressione interrefrigerata;
andamento del rendimento volumetrico in funzione del numero di giri e del rapporto di compressione.
Motori alternativiacombustione interna[22ore].
Scelta del ciclo ideale per motori ad accensione comandata e ad accensione per compres-sione; espressione del rendimento ideale per i cicli Otto, Diesel e Sabathé. Epressione della potenza utile e della pressione media effettiva di un motore alternativo a combustio-ne interna. Rendimento limite, rendimento termofluidodinamico e rendimento organico.
Rendimento utile e suo andamento al variare del numero di giri del motore. Apparato della distribuzione nei motori alternativi. Coefficiente di riempimento dei gO.motori alter-nativi a quattro tempi; espressione semplificata del coefficiente di riempimento e suo andamento al variare del numero di giri del motore. Caratteristica meccanica, di regola-zione e cubica di utilizzaregola-zione dei motori ad accensione comandata ed ad accensione per compressione. Combustione nei motori ad accensione comandata: velocità di combustio-ne e di propagaziocombustio-ne della fiamma; cenni sulle anomalie di combustiocombustio-ne. Variaziocombustio-ne dei rendimenti e della p ressione media effettiva con la dosatura, variazione del rendimento utile in funzione della pressione media effettiva in un motore ad accensione comandata;
regolazione di tipo aeronautico. Variazione della potenza utile del motore con la quota di volo. Motori "alleggeriti" e "sur-compressi". Problematiche relative alla sovralimentazione dei motori. Determinazione della potenza utile del motore sovralimentato mediante com-pressore mosso da turbina a gas di scarico ed a comando meccanico. Apparati di alimen-tazione per motori ad accensione comandata: carburatore elementare.
Laboratori elo esercitazioni
Nel corso delle esercitazioni in aula vengono sviluppati esercizi numerici sulle presta-zioni delle macchine a fluido trattate a lezione. Gli esercizi vengono forniti dal docente durante le lezioni precedenti la relativa esercitazione.
Ulteriori esercizi relativi ai testi d'esame degli a.a. precedenti sono resi disponibili duranteilsemestre.
Nel corso dell'esercitazione in laboratorio viene effettuata la determinazione della caratte-ristica di una turbopompa assiale e l'individuazione delle condizioni di cavitazione.
Nel corso delle esercitazioni in aula vengono sviluppati esercizi numerici sulle presta-zioni delle macchine volumetriche trattate a lezione. Gli esercizi vengono forniti dal docente durante le lezioni precedenti la relativa esercitazione.
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Nel corso dell'esercitazione in laboratorio viene effettuata la determinazione della caratteristica meccanicadiun motore alternativo ad accensione comandata. Èinoltre prevista una visita alla raccolta dei motori aeronautici del DipartimentodiEnergetica con una descrizione delle principali caratteristiche costruttive.
Bibliografia
A. BECCARl, Macchine, CLUT, Torino, 1980.
A.E. CATANIA, Complementi di Macchine, Levrotto& Bella, Torino, 1979.
A. DADONE, Macchine Idrauliche, CLUT,Torino, 1980.
A. CAPETTI, Motori Termici, UTET, Torino, 1967.
A. CAPETTI, CompressoridiGas, V. Giorgio, Torino, 1971.
G. FERRARI, Motori a combustione interna, Ed.liCapitello, Torino, 1992.
Esame
Al termine del secondo emisemestre è possibile una valutazione scritta sui contenuti del modulo "Macchine volumetriche" consistente nello svolgimento di due esercizi numerici. Il superamentodiquesta prova di valutazione, unitamente alla precedente relativaaicontenuti del modulo "Turbomacchine" comporta l'esonero dalla prova scrit-ta fmale. Quesscrit-ta valuscrit-tazione parziale è possibile solscrit-tanto in quesscrit-ta occasione: lo stu-dente che non la utilizza o non la supera dovrà sottoporsi all'esame complessivo. Un esame tradizionale costituito da un colloquio orale conclude il corso. Per accedere al colloquio orale è necessario aver sostenuto preventivamente una prova scritta, consi-stente nello svolgimento di esercizi numerici, oppure aver superato entrambi gli esone-ri relativi al modulo "Turbomacchine" ed al modulo "Macchine volumetesone-riche".