Anno: 5 Periodo: l Docente: Ettore Antona
Lezioni, esercitazioni, laboratori: 6+2 (ore settimanali)
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 nozioni fondamentali sui 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 nel contesto della evoluzione del pensiero sul progetto degli aeromobili.
Il corso, per sua natura, introduce a una visione organica di una attività che, nell'industria, nei laboratori e negli enti di ricerca e di controllo, occupa migliaia di specialisti. I concetti 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 pratica è condotto da un numero ristretto di persone: esso si basa su nozioni e informazioni molto specializzate e viene assunto come "esercitazione annuale". Nel corpo delle esercitazioni sono poi inserite applicazioni di "calcolo strutturale".
REQUISITI
Nozioni propedeutiche: Analisi matematica, Meccanica razionale edapplicata, Scienza delle costruzioni, Costruzioni aeronautiche, Aerodinamica, Gasdinamica, Meccanica del volo, Tecnologie delle costruzioni aeronautiche.
PROGRAMMA
Parte l. 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 risposta dinamica 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'informazione e meccanica statistica.
Stabilità dei sistemi. [6 ore]
Stabilità secondo Liapunov. Critica delle analisi di stabilità e dei concetti collegati. Analisi della stabilità dei sistemi lineari.
Problemi di stabilità delle strulture. [4 ore]
Considerazioni generali. Effetti delle nonlinearità geometriche. Effetti delle imperfezioni di forma. Instabilità a scatto. Effetto delle non linearità nel materiale.
Parte Il. Oggetto. problemi e metodi del progetto.
Il problema del progelto in aeronautica. [8 ore]
Progetto come ottimizzazione. Indici di bontà. Indici di carico. Fattori di ingrandimento. Fasi del 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 formazione di ghiaccio. Sicurezza nelwind-shear.
Progetto aerodinamico (cenni di 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. Sistemi di riferimento.
Lunghezze, superfici e volumi di riferimento. Prestazioni. Caratteristiche di volo.
Progetto strutturale. [4 ore]
Evoluzione della morfologia delle strutture. Tipologia dei componenti strutturali. Funzioni della struttura. Funzioni dei componenti strutturali. Sintesi del progetto strutturale. Corretta introduzione delle forze. Fenomeni di concentrazione delle sollecitazioni e delle tensioni.
Effetti delle interazioni sforzi - 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. Stati correttivi. Metodi di analisi delle strutture.
Determinazione degli ammissibili. [4 ore]
Considerazioni generali. Accrescimento delle cricche. Sollecitazioni ammissibili senza cricc'he. Sollecitazioni ammissibili per resistenza residua. Sollecitazioni ammissibili per instabilità strutturale.
Problemi aeroelastici. [4 ore]
Considerazioni generali. Divergenza. Inversione dei comandi. Flutter. Prove in similitudine in aeroelasticità. Sicurezza nei problemi aeroelastici.
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ESERCITAZIONI
Esercitazioni di avamprogelto. [23 ore]
Articolazione e fasi ·del progetto aeronautico.
Previsione del peso massimo al decollo e del peso a vuoto.
Sensibilità del peso massimo..al 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 polare parabolica. Requisito di velocità massima o di crociera.
Requisiti di salita nelle norme FAR23 e FAR25.
Requisiti di salita per i velivoli militari. Virata. Esame di alcune configurazioni di velivoli di diverse categorie. Il pro getto della cabina di pilotaggio e della fusoliera.
Requisiti di carico. Il progetto 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 strulturale. [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 forniti dal docente.
Testi per approfondimenti:
B. Etkin, Dynamics oj jlight, Wiley, London.
Abbott, von Dohenoff, Theory oj wing sectiolls, Dover, New York, 1959.
D. Kuchemann, The aerodynamics design oj aircrajt,Pergamon, 1978.
J. Roskam,Airplane design. VoI. I-VIII, Univo Kansas, Lawrence.
D. Broek, The practical use ojfracture mechanics, Kluwer, Boston, 1988.
F.M. Hoblit,Gust loads on aircrajt: concepts and applications,AIAA, Washington, 1988.
R. Rivello, The01Y and analysis ojjUght structures,McGraw-Hill, New York, 1969.