Anno: 4 PeriodQ: I Lezioni, esercitazioni, laboratori: 6+2 (ore settimanali) Docente: Guido de Matteis (coli ab. Roberto Marsilio)
Nel corso sono presentati gli aspetti fondamentali delle caratteristiche di volo e della stabilità del velivolo. Il programma comprende elementi di teoria sulla formulazione del modello matematico dell'aeromobile e sulla sua specializzazione all'analisi delle prestazioni e della stabilità statica e dinamica. Tali elementi sono associati ad argomenti di carattere descrittivo ed esplicativo sulle modalità funzionali ed operative dei velivoli, in relazione alle tipologie di missione ed alle normative vigenti.
REQUISITI
Meccanica razionale, Aerodinamica.
PROGRAMMA
Concetti introduttivi e richiami di aerodinamica. [IO ore]
Elementi costitutivi del velivolo, superfici di governo, sistema di controllo.
11 profilo: caratteristiche geometriche, centro aerodinamico, polare, efficienza aerodinamica.
L'ala: principali parametri geometrici e loro relazione con il comportamento aerodinamico, la polare, lo stallo, l'effettonose-up dell'ala a freccia. La polare del velivolo completo. Polare con ipersostentatori. Dipendenza della polare dal numero di Reynolds e dal numero di Mach.
Le equazioni del moto del velivolo. [4 ore]
Teme di riferimento caratteristiche, principali ipotesi semplificative. Equazioni cardinali del moto per il velivolo rigido. Angoli di Eulero, orientamento e traiettoria del velivolo.
Equazioni scalari del moto in assi corpo ed in assi vento. Specializzazione delle equazioni del moto allo studio delle prestazioni.
I sistemi propulsivi. [5 ore]
Concetti generali: spinta e potenza, rendimento propulsivo. Le eliche: parametri geometrici e di funzionamento, formule di Renard, passo fisso e passo variabile, stadi di funzionamento.
L'interazione tra elica e velivolo, le coppie giroscopiche. Potenza disponibile motoelica e turboelica. Spinta disponibile turbogetto e turbofan. Consumo specifico per i diversi tipi di propulsore.
Lo studio delle prestazioni. [15 ore]
Atmosfera standard.Velocità caratteristiche di volo.
Volo rettilineo ad assetto simmetrico: l'equazione di equilibrio energetico per l'analisi delle prestazioni. Il volo librato: odografa del moto, massima autonomia oraria e chilometrica, influenza del vento. Spinta e potenza necessaria: influenza della quota, del peso e della configurazione. Caratteristiche di volo dei velivoli propulsi da motoeliche e turbogetti: volo a livello, autonomia nei diversi programmi di volo in crociera, influenza del vento, effetto del numero di Mach. Stabilità propulsiva: influenza della configurazione. Inviluppo di volo per velivoli subsonici e supersonici. Caratteristiche di salita di aerei propulsi da motoeliche o turbogetti: criteri di salita, influenza del peso e della configurazione, quota di tangenza, salita in moto vario, tempo minimo e consumo minimo. Spazi di decollo e di atterraggio, influenza del vento, pista bilanciata.
Il volo in manovra. [4 ore]
Fattori di contingenza. Spinta e potenza necessaria in manovra, inviluppo di volo in moto vario, diagramma di manovra. La virata: piatta, corretta, spinta e potenza necessaria. Margini di manovra in volo orizzontale. La richiamata: raggio minimo.
La stabilità statica e il controllo. [13 ore]
Condizioni di equilibrio stazionario nel piano di simmetria. Stabilità statica longitudinale.
Margine statico a comandi fissi e a comandi liberi. Stabilità in manovra. Controllo longitudinale. Sforzi di barra, compensazione aerodinamica. Posizione limite anteriore del baricentro. Stabilità alle velocità transoniche. Stabilità statica latero-direzionale: influenza del diedro e della freccia alare. Controllo latero-direzionale. Funzioni e requisiti del timone.
Volo con spinta asimmetrica, volo in derapata stazionaria.
La stabilità dinamica. [15 ore]
Richiami sul metodo della trasformata di Laplace. Linearizzazione delle equazioni fondamentali del moto. Derivate delle forze aerodinamiche e propulsive. Equazioni linearizzate in forma di stato. Autovalori ed autovettori. Stabilità dinamica a comandi bloccati, modi caratteristici longitudinali e latero-direzionali, influenza della posizione del baricentro. Modelli dinamici semplificati.
La risposta del velivolo come sistema open-Ioop. [5 ore]
Risposta ai controlli. Le qualità di volo: criterio di Cooper-Harper.
Moti stazionari fuori del piano di simmetria. [4 ore]
Condizioni di volo non simmetrico stabilizzato: variabili di controllo in virata corretta.
Effetti inerziali nelle manovre di rollio: il fenomeno del roll-coupling.
Autorotazione e vite. [4 ore]
Criterio di Knight per l'analisi delle condizioni di autorotazione. La vite: condizioni di equilibrio, effetti aerodinamici ed inerziali. Manovre di uscita dalla vite.
ESERCITAZIONI
Calcolo dei coefficienti aerodinamici del profilo e del velivolo.
Determinazione delle velocità caratteristiche. [2 ore]
Caratteristiche di volo. [lO ore]
Determinazione prestazioni in volo librato. Calcolo potenza disponibile motoelica. Calcolo autonomia e sua ottimizzazione. Analisi programmi di volo in crociera in termini di consumi, tecnica di pilotaggio, traffico aereo.
Salita rapida di un velivolo a getto. Metodo energetico per la determinazione della legge otti ma di sali ta.
Determinazione dei parametri di· volo in virata per un velivolo da combattimento: velocità angolare massima, fattore di carico massimo e raggio minimo. [2 ore]
Calcolo autovalori della dinamica longitudinale e latero-direzionale per assegnati velivoli.
Confronto con il risultato dei modelli approssimati. [2 ore]
BIBLIOGRAFIA Testi di riferimento:
M. Calcara, Elementi di aeronautica generale. VoI. 2., elementi di teoria del volo, CUEN, Napoli, 1983.
Dispense del corso.
Testi ausiliari:
A. Lausetti,F. Filippi,Elementi di meccanica del volo,Levrotto e Bella, Torino, 1984.
R.e. Nelson, Flight stability and automatic contrai, McGraw-Hill, 1989.
B. Etkin, L.O. Reid,Dynamics oj atmospheric jlight-stability and contrai,Wiley, New York, 1986.
ESAME
L'esame consiste in una prova scritta di ammissione ed in una prova orale. Nel corso della prova scritta, della durata di due ore, lo studente deve rispondere a cinque domande, relative agli argomenti svolti durante le lezioni e le esercitazioni. Sostiene l'orale, in un determinato appello, lo studente che ha superato, con votazione minima di 17/30, la prova scritta dello stesso appello. Le prove orali hanno inizio a partire dalla comunicazione dei risultati della prova scritta.