Ingegneria Aerospaziale

Programma sintetico - Cenni sullo sviluppo storico delle configurazioni aerodinamiche, strutturali e propulsive dei velivoli. - Analisi di casi di studio: come dai requisiti di progetto e dalle conoscenze/tecnologie disponibili nei differenti settori si è arrivati alla configurazione di progetto di un velivolo di successo o rappresentativo di una specifica classe - L’integrazione delle discipline nella progettazione aeronautica: analisi di casi test Introduzione agli strumenti software moderni per la progettazione preliminare della configurazione del velivolo - Tools strutturali 1D (stick like-beam) per configurazioni complete ali fusoliera (es. MSC/NASTRAN) - Tools per configurazione aerodinamica (es. AVL, CFD++) - Analisi tipo “what if” basata su parametri di forma e strutturali delle configurazioni Programma dettagliato Lez01: Docente 2 Introduzione al corso, importanza delle multidisciplinearita’, Parametri del velivolo: rapporto spinta peso e carico alare. Trend storici Lez02: Docente 2 Le fasi del progetto del velivolo. Tipologie di velivoli e specifiche. Stima del peso al decollo di un velivolo Lez03: Docente 2 Determinazione del punto di progetto del velivolo e scelta di T/W e W/S. Volo in condizioni di stallo Lez04: Docente 2 Dimensionamento ala scelta del profilo, calcolo fuoco dell’ala Lez05: Docente 2 Dimensionamento della fusoliera, dimensionamento degli impennaggi, posizionamento ala e impennaggi Es01: Docente 2 Progetto preliminare di un UAV a partire dalle specifiche Lez07: Docente 1 Le caratteristiche di robustezza, rigidezza e leggerezza dei materiali/strutture aeronautiche. L’uso delle grandezze specifiche. Altre caratteristiche dei materiali (fatica, creep, costi, prestazioni ad alta temperatura). Gli stati di stress globali delle strutture aeronautiche (membranali, flessionali, torsionali). Prestazioni dei principali metalli di impiego aeronautico. Il sizing dei componenti dall’analisi globale: i carichi dimensionanti ed i fattori di sicurezza. Es02: Docente 1 Determinazione dei carichi in termini di distribuzioni momenti flettenti e taglio (modelli 1D) per struttura alare, piano di coda orizzontale e fusoliera a masse distribuite e concentrate assegnate (assunzione masse). Lez08: Docente 2 Modelli di flusso ed equazioni della fluidodinamica, dominio computazionale e condizioni al contorno. Scelta del modello. Tecniche di discretizzazione. Discretizzazione ai volumi finiti. Lez09: Docente 2 Griglie computazionali, classificazione delle griglie computazionali e solutori fluidodinamici. Errore numerico e stima dell’errore numerico mediante estrapolazione alle Richardson. Es03: Docente 2 Simulazione numerica del flusso attorno ad un profilo NACA 64-2-215 mediante solutore CFD++. Calcolo coefficienti aerodinamici stima errore numerico e confronto con dati sperimentali. Lez10: Docente 1 carichi statici, carichi dimensionanti, carichi di manovra, carichi di raffica (riportati a carichi statici, carichi semplificati di portanza e di resistenza, carichi dovuti a superfici di controllo. Cenni sui carichi dinamici. Lez11: Docente 1 La visione globale e di elemento del metodo degli elementi finiti. Modellizzazione dell’elemento finito: A) Funzioni di Forma B) Legame costitutivo C) Legame cinematico. Elementi 1D, 2D e 3D Es04: Docente 1 Progetto di primo tentativo del cassone alare del velivolo. Verifica del progetto di primo tentativo. Lez12: Docente 1 Equazione base descrittiva del comportamento del singolo elemento finito: matrice di massa, di rigidezza e carico nodale del singolo elemento (caso generale per l’elemento solido 3D). Matrici di massa, di rigidezza e carico nodale per un elemento monodimensionale a due nodi di asta sulla base di funzioni di forma (A), legame costitutivo (B), e legame cinematico (C). Lez13: Docente 1 Matrici di massa, di rigidezza e carico nodale per un elemento monodimensionale l’elemento 1D a barra torsionale e flessionale, Matrici unica di elemento finito 1D con tutte le capacità assiali, torsionali e flessionali . Assemblaggio delle matrici di rigidezza, di massa e dei carichi nodali. Condizioni al contorno. Es05: Docente 1 Modello agli Elementi Finiti tipo 1D trave della struttura alare del velivolo in progetto per NASTRAN. Struttura del DATA INPUT FILE DI TESTO del modello FEM. Descrizione del Bulk data set: la struttura gerarchica del file dati. Lez14: Docente 1 e Docente 2 Presentazione software ansa Lez15: Docente 1 e Docente 2 Generazione di griglia non-strutturate attorno a velivolo per solutore fluido dinamico Lez16: Docente 1 e Docente 2 Generazione di griglia per solutore strutturale (Nastran) in un’ala di un velivolo Lez17: Docente 1 e Docente 2 Generazione di griglia solutore strutturale (Nastran) in un’ala di un velivolo Lez18: Docente 2 Generazione di una griglia di calcolo non strutturata attorno al velivolo per calcolo fluidodinamico con CFD++ Es06: Docente 2 Simulazione numerica del flusso attorno al velivolo alle condizioni di crociera a differenti angoli di attacco Lez19: Docente 2 Analisi delle simulazioni CFD attorno al velivolo a differenti AoA. Determinazione dell’angolo di attacco in condizioni di crociera, determinazione del centro di spinta al variare di AoA. Preparazione del file con la distribuzione di pressione sull’ala da fornire al solutore strutturale per determinare la deformazione Lez20: Docente 1 Analisi DINAMICA di Ala agli elementi finiti con NASTRANi. Analisi statica di risposta dell’Ala al carico Aerodinamico approssimato con andamento lineare costante in NASTRAN. Analisi statica di risposta dell’Ala al carico Aerodinamico importato da analisi CFD. Es07: Docente 1 Assegnazione esercitazione: A Analisi DINAMICA di Ala modello 3D agli elementi finiti. B: Analisi STATICA di Ala modello 3D agli elementi finiti di risposta al carico Aerodinamico approssima con andamento lineare costante. C: Analisi statica di risposta dell’Ala al carico Aerodinamico importato da analisi CFD Lez21: Docente 1 e Docente 2 Scrittura del file degli spostamenti per determinare la deformazione dell’ala durante il volo, Assegnazioni di temi monografici e questionari OPIS Lez22: Docente 1 e Docente 2 Scrittura definitiva del file degli spostamenti con cambio di formato e di riferimento. Seminario dell’ing Gambioli circa l’attivita come responsabile nell’ufficio Loads and Aeroelastics presso Airbus Es08: Docente 2 Generazione della griglia su velivolo con ala deformata e simulazione numerica CFD su velivolo deformato. Analisi dei risultati e confronto con il caso del velivolo non deformato. Lez23: Docente1 e Docente 2 Generazione del modello di fusoliera con il codice ANSA: modello del piano di coda da duplicazione e scalatura del modello di ala. Assemblaggio del modello velivolo. Lez24: Docente 1 Generalità sulla stabilità dei sistemi strutturali presso-compressi. Espressione generale della soluzione e problema di autovalori associato per la determinazione del moltiplicatore critico. Es09: Docente 1 Analisi di buckling lineare con Elementi Finiti. Procedura di impostazione del data input per il codice di calcolo MSC NASTRAN: d Lez25: Docente 2 Descrizione geometrica dell’elica, richiami alla teoria del disco attuatore, richiami di teoria dell’elemento di pala, diagrammi del comportamento propulsivo dell’elica (C_T, C_P, eta funzione di J). Lez26: Docente 2 Diagramma di progetto dell’elica, scelta di un’elica. Calcolo dell’elica del velivolo per massimizzare il rendimento in condizioni di volo di crociera. Calcolo Area e Delta P del disco attuatore. Modifica della griglia di calcolo del velivolo per inserimento del disco attuatore. Es10: Docente 2 Simulazione numerica CFD su velivolo con disco attuatore. Analisi dei risultati e confronto con il caso del velivolo senza disco attuatore.

Conoscenze di base delle costruzioni aeronautiche, dell'aerodinamica, della meccanica del volo, della propulsione aeronautica.

Aircraft Design: A Conceptual Approach di Daniel P. Raymer (Autore), AIAA , 2019

La frequenza del corso non e' obbligatoria anche se fortemente raccomandata visto l'utilizzo nelle esercitazioni di numerosi software che richiedono una specifiche licenze temporanee che vengono erogate durante lo svolgimento del corso.

La valutazione si basa su tre elementi di giudizio 1) la valutazione della presentazione di una ricerca su un tema monografico asseganto circa un mese prima della conclusione del corso a gruppi di 3-4 studenti. 2) la valutazione del quaderno delle esercitazioni che ogni studente deve spedire ai docenti qualche giorno prima di sostenere la discussione orale del quaderno delle esercitazioni. 3) la valutazione della discussione orale del quaderno delle esercitazioni

Il corso sarà svolto in presenza se le condizioni lo permetteranno, ma in ogni caso gli studenti potranno seguire il corso anche a distanza in modalità sincrona asincrona (tramite la registrazione video delle lezioni)