Anno:periodo5: l Lezioni,esercitazioni,laboratori:6+2 (ore settimanali) Docente: Ettore Antona
Il corso si propone di presentare in una visione unitaria le problematiche della progettazione degli aeromobili, per quanto riguarda in particolare gli aspetti aerodinamici, strutturali, aeroelastici e meccanici, esaminate anche nel loro divenire nel progresso tecnico. Si forniscono nozionifondam~ntalisui fenomeni fisici strutturati o connessi con la realizzazione degli aeromobili,sui fondamenti scientifici dei metodi impiegati nelle varie fasi del progetto.
Si analizzano i concetti ispiratori delle norme e dei regolamenti nelcontesto della evoluzione del pensiero sul progetto degli aeromobili.
Il corso, per sua natura,introduce a una visioneorganica di una attivitàche,nell'industria,nei laboratori e negli enti di ricerca e di controllo,occupa migliaia dispecialisti. Iconcetti che sono alla base di tutte queste attività fanno parte della "forma mentis" che è scopo della materia.
V'è,tra le fasi del progetto, l'avamprogetto, che nella praticaè condotto da un numero ristretto dipersone:esso si basa su nozioni e informazioni molto specializzate e viene assunto come
"esercitazione annuale". Nel corpo delle esercitazioni sono poi inserite applicazioni di
"calcolostrutturale".
REQUISITI
Nozioni propedeutiche:Analisi matematica,Meccanica razionale ed applicata,Scienzadelle costruzioni, Costruzioni aeronautiche, Aerodinamica, Gasdinamica, Meccanica del volo, Tecnologie delle costruzioni aeronautiche .
PROGRAMMA
Parte1. Fondamenti del progetto.
Il problema del progetto. [8 ore]
Natura probabilistica degli aspetti centrali del progetto. Sicurezza,affidabilità e altri concetti collegati. Evoluzione del pensiero sugli aspetti sistemistici del progetto. Sicurezza,durata e affidabilità delle strutture aerospaziali. Strategie per la sicurezza. Progetto e sua pianificazione. Dati sui componenti. Valutazione complessiva delle probabilità. Logiche decisionali per la sicurezza e altri requisiti. Metodologie automatiche per i sistemi.
Progetto fondato sulla analisi del rischio (cenni).
Il progetto come processo decisionale ordinato. Decisione e rischio. Modelli funzionali e probabilità associate. L'albero delle decisioni.
Simulazione e similitudine fisica nel progetto aerospaziale. [4 ore]
Analogie e simulazione. Similitudine fisica. Similitudine strutturale. Similitudine dinamica.
Condizionamenti ambientali. [6 ore]
Considerazioni generali sui materiali. Comportamento a fatica.
Materiali per alte temperature. Effetti della corrosione e delfretting.
Nozioni di calcolo delle probabilità e teoria statistica. [4 ore]
Introduzione. Definizioni di probabilità. Assiomatizzazione della teoria. Cambiamenti di variabile aleatoria. Principali distribuzioni di probabilità.
Fondamenti della rispostadinamica dei sistemi. [4 ore]
Serie di Fourier e sua generalizzazione. Elementi di teoria delle funzioni analitiche . Trasformata di Laplace. Variabili random nel dominio delle frequenze. Autocorrelazione.
Risposta dinamica. Teoria dell'informazionee meccanicastatistica.
Stabilità dei sistemi. [6 ore]
Stabilità secondo Liapunov. Critica delleanalisi di stabilità e dei concetti collegati. Analisi della stabilitàdei sistemilineari.
Problemidi stabilità dellestr utture..[4 ore]
Considerazioni generali. Effetti delle nonlinearità geometriche. Effetti delle imperfezioni di forma. Instabilità a scatto. Effetto delle non linearità nel materiale.
ParteII. Oggetto problemie metodi del progetto.
Il problemadel progettoinaeronautica. [8 ore]
Progetto come ottimizzazione. Indicidi bontà. Indici dicarico. Fattori di ingrandimento.
Fasidel progetto. Strumenti e metodi. Le prove nelle varie fasi del progetto. L'ambiente. Gli aeromobili. [6 ore]
Collocazione fra gli altri veicoli. Principi di funzionamento e di azionamento. Classifi-cazione. Teoria impulsiva. Elementi descrittivi.
Sicurezza, affidabilità,manutenibilità degli aeromobili. [4 ore]
Introduzione. Sicurezza in caso di formazionedi ghiaccio. Sicurezza nelwind-shear.
Progetto aerodinamico (cennidi chiarimento alle esercitazioni).
Campi e modelli matematici. Sostentazione aerodinamica e profili alari. Caratteristiche aerodinamiche dei profili alari. Aerodinamica delle superfici portanti. Effetti della comprimibilità. Strato limite. .Aerodinamica interna. Moderne tendenze del progetto aerodinamico.
Prestazioni, controllabilità, manovrabilità e stabilità. [4 ore]
Definizioni e discussione dei requisiti. Sistemidi riferimento.
Lunghezze, superfici e volumidi riferimento. Prestazioni. Caratteristiche divolo. .Progetto strutturale. [4 ore]
Evoluzione della morfologia delle strutture. Tipologia dei componenti strutturali. Funzioni della struttura. Funzionidei componenti strutturali. Sintesi del progetto strutturale. Corretta introduzione delle forze. Fenomeni di concentrazione delle sollecitazioni e delle tensioni.
Effetti delle interazionisforzi - forma geometrica.
Determinazione dei carichi. [4 ore]
Carichi di raffica: carichi di raffica continua, criterio di analisi della missione, criterio dell'inviluppo,confronto fra i due metodi. Altri tipi di carico introdotti nello spettro: carichi dovuti a cicli GAG, carichi dawind-sheare da scia, carichi da manovra, altri carichi. Spettri di carico e storia delle tensioni: problemi di campionamento, spettri di carico, spettri a blocchi, spettristandard.
Analisi delle sollecitazioni. [6 ore]
Teorie elementari. Staticorrettivi. Metodi di analisi delle strutture.
Determinazione degli ammissibili. [4 ore]
Considerazioni generali. Accrescimento delle cricche. Sollecitazioni ammissibili senza cricche. Sollecitazioni ammissibili per resistenza residua. Sollecitazioni ammissibili per instabilità strutturale.
Problemiaeroel~stici. [4 ore]
Considerazionigenerali. Divergenza. Inversione dei comandi. Flutter. Prove in similitudine in aeroelasticità. Sicurezza nei problemi aeroelastici.
ESERCITAZIONI
- Esercitazioni di avamprogetto. [23 ore]
Articolazionee fasi del progetto aeronautico.
Previsionedel peso massimoal decollo e del peso a vuoto. Sensibilità del pesomassimoal decollo ai parametri di progetto.
Progetto preliminare della configurazione. Integrazione del sistema propulsivo.
Valutazione del CL ottimo per il rullaggio. Distanza bilanciata di decollo . Requisiti di distanza di decollo e di atterraggio nelle norme FAR23, FAR25 e nelle norme militari.
Metodo di valutazione approssimata della polareparabolica. Requisitodi velocitàmassima o di crociera.
Requisiti di salita nelle norme FAR23 e FAR25.
Requisiti di salitaper i velivolimilitari. Virata. Esame di alcune configurazioni di velivoli di diverse categorie. Ilpro getto della cabina di pilotaggio e della fusoliera.
Requisiti di carico. Ilprogetto dell'ala e delle superfici di ipersostentazione.
Problemi connessi al progetto dei comandi di volo primari e secondari. Il progetto del carrello. Valutazione della posizione del baricentro e centraggio.
- Esercitazioni di calcolo strutturale. [15 ore]
Esempi d'uso del "principio dei lavori virtuali". Svergolamenti:
Stati di sollecitazione e di deformazione di strutture alari nelle ipotesi del semiguscio.
Calcolo di ordinate di fusoliere.' . Pannellature in presenza di "aperture".
Problemi di stabilità.
BIBLIOGRAFIA Testi di riferimento:
Dispense indicate e appunti fomiti dal docente.
Testi per approfondimenti:
B.Etkin,Dynamics offlight,Wiley, London.
Abbott,von Dohenoff,Theory 01wing sections,Dover, New York,1959.
D. Kuchemann,The aerodynamics design 01aircraft,Pergamon, 1978.
J.Roskam,Airplane design. VoI. I-VIII,UnivoKansas, Lawrence.
D. Broek,The practical use offracture mechanics,Kluwer, Boston,1988.
F.M.Hoblit,Gust loads on aircraft:concepts and applications,AIAA,Washington,1988.
R.Rivello,Theory and analysisofflight structures,McGraw-Hill,New York,1969.