Il corso illustra le nozioni fondamentali relative alle prestazioni dei velivoli, considerando il volo librato ed il volo del velivolo con motore a getto e con propulsione ad elica. Si stu-diano la manovra di decollo e di atterraggio, la virata e le principali manovre acrobatiche.
Vengono analizzate la stabilità statica longitudinale e latero-direzionale ed i controlli.
Vengono fornite le nozioni di base per lo studio della stabilità dinamica, con cenni sulle qualità di volo e sulla risposta del velivoloaicontrolli.
Prerequisiti
Aver acquisito le nozioni fondamentali di Fisica e Meccanica
Programma
DEFINIZIONE E DESCRIZIONE DEL VELIVOLO, FORZE AGENTI, DEFINIZIONE DELLE PRESTAZIONI (4 ORE)
Definizione di aeromobile e velivolo, categorie di velivoli; elementi della configurazione del velivolo; moti del velivolo e controlli; nozioni di base sulla strumentazione e sulla navigazione aerea; forze agenti sul velivolo; defmizione dei parametri relativi alle pre-stazioni.
L'ATMOSFERA E LE CONDIZIONI METEREOLOGICHE. QUOTE, VELOCITÀ, VENTI (4 ORE)
Classificazione delle zone dell'atmosfera; l'atmosfera standard; stabilità dell'atmosfera.
Definizione delle quote di volo e misura della quota; definizione delle velocità di volo e misura della velocità; venti.
LE FORZE AERODINAMICHE, EQUAZIONI FONDAMENTALI, MISURE SPERIMENTALI (4 ORE)
Richiami sulle caratteristiche del flusso; aerodinamica del profilo, dell'ala e della confi-gurazione completa del velivolo; superfici aerodinamiche di controllo, effetti delle inter-ferenze aerodinamiche; metodi per la misura sperimentale delle forze aerodinamiche e delle caratteristiche del flusso.
EQUAZIONI DEL MOTO DEL VELIVOLO (8 ORE)
Equazioni cardinali della meccanica dei corpi rigidi; trasformazioni di coordinate:
angoli di Eulero ed algoritmi di trasformazione; sistemi di riferimento fondamentali;
equazioni del moto del velivolo ed ipotesi semplificative; equazioni scalari del moto nei sistemi di riferimento assi corpo, stabilità e vento; specializzazione delle equazioni del moto allo studio delle prestazioni.
IL VOLO LIBRATO (4 ORE)
Equazioni del moto per il volo librato; angolo di rampa, velocità discensionale; autono-mia oraria e chilimetrica; il volo a vela.
I SISTEMI PROPULSIVI (4 ORE)
P ropulsione a getto: turbogetto, turboprop, tUTbofan; confronto tra i diversi tipi di propulsore; propulsione ad elica: motore a pistoni e motore aspirato; eliche: calcolo della spinta e della coppia di reazione, parametri caratteristici, efficienza; tipi di elica, stati di funzionamento, rendimenti.
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IL VOLO DEL TURBOGETIO (6 ORE)
Definizione del volo di crociera; equazioni del moto relative alla crociera; spinta neces-saria e disponibile; l'autonomia oraria e chilometrica; ottimizzazione del volo di crocie-ra: minima spinta, massime autonomie.
Il volo di salita; equazioni del moto di salita; parametri del volo di salita; salita rapida e salita ripida; ottimizzazione della fase di salita.
IL VOLO DEL VELIVOLO CON PROPULSIONE AD ELICA (6 ORE)
Il volo livellato; equazioni del moto; potenza necessaria; autonomia oraria e chilometri-ca; effetti del vento; ottimizzazione del volo di crociera. Il volo di salita; equazioni del moto di salita; parametri del volo di salita; salita ripida e salita rapida.
LA VIRATA (2 ORE)
Il volo in virata; equazioni del moto relative alla virata; tipi di virata e parametri relati-vi.
PRESTAZIONI IN DECOLLO E ATIERRAGGIO (4 ORE)
Lamanovra di decollo; la normativa; le velocità caratteristiche; analisi dei segmenti della fase di decollo (rullaggio, rotazione, sorvolo ostacolo); analisi della fase di atter-raggio: calcolo di spazi e tempi; effetti del vento, della temperatura e della quota.
IL VOLO IN MANOVRA (2 ORE)
Descrizione delle principali manovre acrobatiche; fattore di carico; inviluppo di volo nella manovra; diagramma di manovra; limitazioni relative al fattore umano; spinta necessaria.
VOLO IN CONDIZIONI AVVERSE, METEOROLOGIA AERONAUTICA (2 ORE)
Volo in presenza di nebbia, turbolenza, nubi temporalesche, ghiaccio; correnti a getto in alta quota; windshear; collisione con uccelli in volo.
Simbologie, abbbreviazioni, codici; previsioni meteorologiche generali e specifiche aero-nautiche.
LA STABILITÀ STATlCA E IL CONTROLLO (15 ORE)
Equilibrio stazionario nel piano di simmetria; stabilità statica longitudinale; contributo dei componenti del velivolo; margine statico; controllo longitudinale; sforzi di barra;
posizione limite anteriore del baricentro.
Stabilità statica latero-direzionale; contributo dei componenti del velivolo; controllo direzionale; controllo in rollio.
STABILITÀ DINAMICA (15 ORE)
Metodo delle piccole perturbazioni; linearizzazione delle equazioni del moto; derivate di stabilità; modi caratteristici longitudinali e latero-direzionali.
Laboratori elo esercitazioni
Concetti introduttivi: unità di misura di interesse aeronautico atmosfera standard -misurazione della velocità.
Il volo librato: autonomia oraria e chilometrica - odografa del moto ed effetto del vento e del carico alare - effetto della variazione della densità dell'aria con la quota - utilizzo della zavorra.
Turbojet (prestazioni istantanee): spinta necessaria e spinta disponibile, quota di tan-genza teorica e pratica ed inviluppo di volo - salita rapida e salita ripida - correzione di energia cinetica.
Turbojet (prestazioni integrali): salita ottima (metodi energetici) - analisi delle strategie di crociera - analisi approssimata del profilo di missione (diagramma range-payload).
Turbojet (prestazioni in virata): virata al massimo fattore di carico - virata alla massi-ma velocità angolare - virata di raggio minimo - diagrammassi-ma di massi-manovra e massi-margine di manovra - diagramma di raffica.
Motoelica: salita - crociera - virata - confronto delle prestazioni tra motoelica e tur-bojet.
Decollo ed atterraggio: analisi del decollo - decollo con motore in avaria, decollo aborti-to, velocità di decisione e lunghezza di pista bilanciata - analisi dell'atterraggio.
Equilibrio e stabilità statica longitudinale: determinazione del punto neutro - variazio-ne della deflessiovariazio-ne di equilibratore con la velocità - determinaziovariazio-ne sperimentale della posizione del punto neutro da prove di volo.
Equilibrio e stabilità statica laterale e direzionale: angoli di controllo con vento laterale - angoli di controllo in virata corretta - calcolo della velocità di minimo controllo (tur-bojet e motoelica).
Elementi di stabilità dinamica: modelli semplificati del modo fugoide (Lanchester e modello ridotto) - modelli semplificati dei modi di corto periodo, spirale, rollio e dutch-roll.
Dinamica del velivolo completo: esercitazione numerica.
Bibliografia
- C. Casarosa, "Appunti del Corso di Meccanica del Volo", Università di Pisa, Centro Stampa.
- B. W. McCormick, "Aerodynamics, Aeronautics and Flight Mechanics", John Wiley&
Sons, 1995.
- B. Etkin, "Dynamics of Atmospheric Flight-Stability and Control", John Wiley &
Sons, 1982.
- R. C. Nelson, "Flight Stability and Automatic Control", McGraw-Hill, 1989.
Esame
L'esame è costituito da una prova scritta e da una prova orale da sostenersi alla fme del semestre.
Nella prova scritta il candidato dovrà rispondere a domande relative agli argomenti delle lezioni e dovrà svolgere alcuni esercizi.
Sono ammessi alla prova orale gli studenti che hanno superato lo scritto con la vota-zione minima di 15/30.
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