Corsi di laurea,Torino
Anno:periodo5:2
Lezioni.esercitazioni.laboratori:6(7)+1+1(O)(oresettima nali);90+ 14+6(nell'interoperiodo) Docente:Lorenzo Borello
Scopo del corso è fornire le cognizioni e gli approfondimenti sulla strumentazione aeronautica e in genere sull'avionica indispensabili alla acquisizione ragionata dei loro principi di funzionamento, dei loro problemi di progettazione e costruzione, nonché alla valutazione delle loro prestazioni e del loro comportamento dinamico;tutto ciò è inte-grato nel contesto del progetto.della produzione e dell'impiego sia degli apparati di bordo che del velivolo completo in termini di sistema finalizzato all'espletamento eco-nomico e sicuro di definite missioni.
La tematica progettuale integrata del componente, del sottosistema e del sistema com-pletoèalla base di ogni argomento trattato:pertanto i concetti relativi ai problemi di progettazione e costruzione degli equipaggiamenti.(forniti a chiarimento di quanto sopra)sono orientati versola strutturazione di una mentalità idonea a condurre analisi di sensibilità delle prestazioni aiparametri di progetto, nonché stime di vantaggi e svantaggi conseguibili dalle scelte progettuali stesse.
Da quanto sopra riportato si evinceuna naturale continuità nei confronti del corso di Impianti aeronautici,che,se da una parte esorta a considerare lo stesso come prope-deutico a Strumentazioneaeronautica,dall'altra richiede, per completezza ed organicità di preparazione,di far seguire quest'ultimo al primo.
Il corso verte su di un certo numero di lezioni supportate da esercitazioni in aula,in laboratorio di calcolo ed inlaboratorio di impianticonsistenti nell'analisidalvero di equipaggiamenti,nell'analisidella documentazione tecnica disponibile,nell'esecuzione di calcoli numerici e nella preparazione e nell'uso di programmi di simulazione su cal-colatore relativia sistemi e componenti significativi.
REQUIsm
Per un facileapproccio alla materia,spiccatamente interdisciplinare,è necessario pos-sedere solidi concettidi Meccanicaapplicata,termogasdinamica,Meccanica delvolo (aspetti staticinecessari,aspetti dinamici desiderabili),Elettrotecnicaed Impianti aero-nautici.
PROGRAMMA
Generalitàsulcorsoed introduzione. [4ore]
Concetti di sistemaed apparato aeronautico, impiantied avionica (comandi e strumen-tazione). Impianto come erogatore di potenza. Avionica come mezzo di gestione di informazioni e comandi. Generalità sui tipici problemi dell'avionica, dei componenti e deisubsistemi. Funzioni di controllo di motori ed equipaggiamenti,di pilotaggio,di navigazione.
Il problemadelrapporto uomo - macchina- ambientein genere. [6ore]
Identificazionedei canali diinterazione tra pilota,velivolo e ambiente (comandi, sen-sori,sistemi di trasmissione, elaborazione e presentazione dei dati)con particolare attenzione allefunzioni dell'avionica; problernatica della presentazione di dati: metodi simbolici,analogici,digitali;relativi vantaggi e svantaggi in termini di rapidità e accu-ratezza di acquisizione dell'informazione, nonché di probabilità dicorretta lettura;
soluzioni classiche ,HUD,HDD;analisi dei criteri di presentazione delle informazioni funzionalial compito da svolgersie mirati all'ottenimento di risposte pronte,accurate, affidabili.
1995/% DL B(aer) 101
Il rapporto uomo - macchina - ambiente nella funzione di pilotaggio. [14ore]
Richiami sulla dinamica del volo perturbato del velivolo: cenni sulla deduzione delle equazioni di equilibrio dinamico,sulle soluzioni e sulla conseguente tipologia del moto;
conseguente pilotabilità del velivolo, indici di pilotabilità e loro legami alle caratteristi-che dei modi proprii perturbati dell'aeromobile; cenni alle cause caratteristi-che possono rendere sgradevole al pilotaggio la dinamica intrinseca della macchina; deduzione logica della concezione e del modo di operare di un aumentatore di stabilità (inner loop autopilota), relativischemi funzionali e caratteristiche.
Sistemi di navigazione. (IOore]
Richiami sui concetti di radiotrasmissione;spettro delle lunghezze d'onda e impiego, modulazione, antenne,rumore e capacità di informazione, rapporto segnale / disturbo, banda passante, frequenza di taglio;propagazione onde,ionosfera,guide d'onda; anten-ne stilo,direttive, a paraboloide,a schiera;sistemi di navigazione rho-theta: radiofaro-radiogoniometro,VOR-DME, TACAN;sistemi di navigazione a griglie iperboliche: LORAN, DECCA, OMEGA; sistemi di navigazione satellitare: TRANSIT, GPS;
sistemi di atterraggio stumentale: ILS, MLS. Bussola magnetica, tipi ad induzione, problemi e meriti. Autopilota (outer loop) e sue funzioni principali di mantenimento assetto,quota o velocità verticale, velocità rispetto all'aria, prua e controlli di naviga-zione.
Il rapporto uomo - macchina - ambiente nella funzione di pilotaggio. [IOore)
Il problema della sensibilità dei comandi primari di volo, sforzi e angoli di barra perg al variare della condizione di volo, valori minimi e massimi raccomandati e rispettive giustificazioni in termini di manovrabilità e controllabilità;andamento temporale degli sforzi nei transitori di ingresso in manovra ed effetti sulla controllabilità e sulla pron-tezza di risposta;effetti di giochi ed attriti sulla porzione meccanica delle linee di comando; scelte motivate di comandi assistiti, potenziati irreversibili;deduzione ragio-nata dell'architettura (rigidezza con precarico,q-feel, bob-weight,damper)e del modo di operare di un dispositivo di sensibilità artificiale per comandi primari irreversibili, recenti soluzioni costruttive e caratteristiche.
Comandi di volo primari e secondari. [8ore)
Definizioni; requisiti a cui devono rispondere inerenti la pilotabilità, la compatibilità ambientale,le interfaccia funzionali,le prestazioni, le caratteristiche di risposta dinami-ca,i fenomeni aeroelastici; difficoltà connesse alloro soddisfacimento giustificate da specifici problemi fisici dei servomeccanismi di posizione;effetti di saturazioni,giochi, cedevolezze, inerzie,attriti secchi sui sistemi controreazionati.
Comandi di volo:comportamento elettromeccanico e fluidodinamico (e scelta) di val-vole di comando, tipi esistenti (EHV jet-pipe,EHV flapper-nozzle, DDV), loro caratte-ristiche funzionali e difficoltà realizzative e di controllo,loro modellizzazioni a diversi livelli di accuratezza a fronte di differenti fenomeni da evidenziarsi;comportamento fluidodinamico-meccanico (e scelta) di motori idraulici lineari e rotativi e curve carat-teristiche del gruppo valvola-motore, problemi di stallo, di spunto e di sovravelocità ed eventuali rimedi adottabili. [8ore)
Comandi di volo:modi di guasto dei componenti, loro effetti, loro criticità e conseguen-te concezione delle ridondanze al fine di garantire adeguati comportamenti in avaria, nonché nei transitori di guasto; architetture ridondate tipiche di comandi primari, comandi secondari di trim, comandi secondari di ipersostentazione, comandi di motore, ecc.;metodi di monitoraggio; somma in forze, somma in velocità. [8ore)
Le misure di datid'aria. [12ore)
Pressioni misurate totale e statica, temperatura di recupero, angoli misurati di incidenza
102 Corsidilaurea,Torino
e di derapata e conseguenti calcoli di pressioni corrette totale estatica,temperature tota-le estatica,angoli corretti di incidenza e di derapata, quote barometriche convenzionali, velocità indicata, calibrata, equivalente, vera, numero di Mach, velocità verticale;
eventuale necessità di integrare i calcoli suddetti a fini di mutuacorrezione in un Air Data Systema mezzo dell'associatoAir Data Computer;sonde di pressionetotale e sta-tica,sonde di temperatura,trasduttori di pressionee di temperatura,indicatori di angoli di incidenza e di derapata,variometri.
Ilriferimento diverticale a bordodi unveicoloin moto vario. [!Oore]
Piattaformestabili e deduzione ragionatadelle loro possibili concezioni e degli associati principi di funzionamento e logiche di controllo(classiche o Schuler-tuned) dell'asser-vimento di verticale nell'ambiente operativo costituito dal velivolo navigante e mano-vrante sul geoide rotante;effetti delle imperfezioni costruttive dell'apparato;misura degli angoli di beccheggioe rollio. Generalizzazione del concetto e sua estrapolazione nellarealizzazionedelle piattaforme inerzialistabilizzatea sospensione cardanica ed ulteriormentein quelladeinavigatoriinerzialistrap-down.
ESERCITAZIONI
(In aula e in laboratorio dicalcolo)
- Sistema di comando divolo elettroidraulicocon EHV(servovalvola elettroidraulica a duestadi),martinetto lineare e chiusura di anelli di posizione evelocità; studioed esamecritico del programma di simulazione esistente,nonché suo impiego finalizzato all'analisi degli effetti di tutte le tipiche non-linearità meccaniche presenti,mediante l'ottenimento delle curvedi risposta dinamica a differenti ingressi. [4ore ]
Sistema del secondo ordine non-lineare con saturazioni in forza ovelocità e in posizione ,attriti secchi, ingressiin forza e posizione del telaio di vincolo e uscitain posizione assoluta (analogia a servomeccanismo di posizione) o posizione relativa (analogia ad accelerometro); realizzazione,messaa punto guidata ed impiegodel mo-dello matematicoe del relativo programma di simulazione dinamica. [6ore]
Piattaformastabile a bordo di velivolo.manovrante e suoi errori nel riferimentodi verticale; studio ed esame criticodel programma di simulazioneesistente,nonché suo impiego finalizzato all'analisidegli errori prodotti da alcune tipiche manovredel velivo-lo in funzione di definite leggi di controlvelivo-lo dell'asservimento diverticale. [4ore]
LABORATORIO
Esame distrumenti e servomeccanismitipici. [6ore]
BIBLIOGRAFIA
Testidi riferimento:
G.Villa,Dispensesuisistemidi navigazione.
Documentazione fornita durante il corso.
Testiperapprofondimenti:
D'Elia,Lastrumentazionestandard degliaereimoderni,Masson Italia.
Pallett,Aircraft instruments,Pitman.
Kayton,Fried,Avionicsnavigation systems,Wiley. . Savet,Gyroscopes :theoryand design,McGraw-Hill.
Marro,Componentidei sistemi di controllo,Zanichelli.
Jacazio,Piombo,Meccanicaapplicataallemacchine,Levrotto& Bella.
Gracey,Measurement of aircraft speed and altitude,Wiley..
Barabaschi,Tasselli,Elementidi servomeccanismi e controlli,Zanichelli.
ESAME. L'esame è condotto oralmente su quesiti concettuali ed applicativi (eventuali esercizi),medianteil possibileimpiegodeiproprii appunti dilezioni ed esercitazioni(in aula ein laboratorio).
1995/%DL B(aer) 103