Ingegneria aeronautica - Aeronautical engineering

Il corso introduce gli studenti allo studio della dinamica del velivolo. Sono presentati i principi fondamentali e le tecniche per la modellazione matematica, l'analisi della controllabilità e stabilità e per la valutazione delle qualità di volo, con alcuni cenni sui sistemi di aumento della stabiltà. Dopo aver introdotto le terne di riferimento fondamentali e le variabili necessarie a descrivere il moto del velivolo (posizione e assetto) e a controllarlo (superfici aerodinamiche e manetta), vengono richiamate le equazioni di bilancio della quantità di moto e del momento della quantità di moto, che vengono poi specializzate al caso del volo di velivoli ad ala fissa, identificando i possibili equilibri. Si studiano quindi la stabilità statica e il controllo longitudinale a comandi bloccati, a comandi liberi e in manovra. A partire dal modello del momento di cerniera si analizza l’uso delle alette di trim e altri tab, la forza di controllo e il relativo gradiente. Si identifica il criterio di stabilità direzionale e gli effetti del controllo direzionale. Si analizza il problema della stabilità statica laterale e il controllo intorno all’asse di rollio. Dopo aver introdotto il metodo delle piccole perturbazioni e aver linearizzato le equazioni del moto, si sviluppano i termini aerodinamici in forma linearizzata e si introducono le derivate di stabilità, ricavando le equazioni longitudinali e latero-direzionali in forma di spazio dello stato, risolte con il metodo della trasformata di Laplace. Si analizzano autovalori e autovettori della dinamica longitudinale (modi di fugoide e corto periodo), introducendo il criterio generale di stabilità statica longitudinale e derivando modelli semplificati del moto fugoide e del moto di corto periodo. Si analizza la risposta ai comandi stazionaria e istantanea, includendo gli effetti del gradiente di densità e della posizione del baricentro. Si conduce poi l'analisi della dinamica latero-direzionale (modi spirale e di rollio, modo di dutch roll), i relativi modelli semplificati, e la risposta ai comandi latero-direzionali. Il corso si conclude discutendo il problema delle qualità di volo e di pilotaggio e introducendo i sistemi di controllo automatico, con particolare attenzione ai sistemi di autopilotaggio e di aumento di stabilità. Il corso è completato da esercitazioni in aula condotte in itinere e lavori/progetti di gruppo, da completare fuori dell'orario di lezione, con stesura di una relazione finale.

Concetti fondamentali dell’analisi dimensionale; unità di misura: sistema internazionale, United States Customary Units. Caratteristiche dell'atmosfera standard. Formulazione delle equazioni cardinali del corpo rigido. Nozioni fondamentali sulle prestazioni dei velivoli nel volo su traiettoria rettilinea ed in manovra. Nozioni fondamentali sull'aerodinamica del profilo, dell'ala e del velivolo in regime subsonico, transonico e supersonico (cenni). - Nozioni di base di algebra lineare, autovalori e autovettori, trasformata di Laplace. Nozioni fondamentali sui sistemi dinamici lineari e stazionari a tempo continuo: funzioni di trasferimento, risposta all'impulso e al gradino, risposta in frequenza.

Testo ufficiale - B. Etkin, L.D. Reid, Dynamics of Flight, Stability and Control, John Wiley & Sons, New York, 1996.

ll corso si articola in lezioni frontali, esercitazioni che prevedono la soluzione di problemi numerici e esercitazioni nel corso delle quali si risolvono in piccoli gruppi problemi di maggiore complessità, utilizzando codici per la simulazione del volo. Sono previsti inoltre seminari su applicazioni delle conoscenze acquisite nell'insegnamento a problemi tecnici propri del mondo del lavoro.

Anche se non obbligatoria è raccomandata la frequenza alle lezioni e la partecipazione alle attività in piccoli gruppi di studenti.

STRUMENTI DI ACCERTAMENTO L’accertamento si effettua sulla base di una prova scritta, di una prova orale e di lavori di tipo progettuale svolti in piccoli gruppi. La prova scritta consiste in due sezioni, una di domande teoriche e una con esercizi. La prima sezione, della durata di circa 40 minuti, prevede domande su tutti gli argomenti del corso mentre la seconda verte sulla soluzione di uno o più problemi. La durata della seconda parte ha una durata variabile da 30 a 60 minuti, a seconda del numero degli esercizi. Nella seconda sezione sono utilizzabili testi, appunti e formulari. Il voto finale è espresso come segue: - Lavori in gruppo: 15% - Risposte estese prova scritta: 20% - Esercizi prova scritta finale: 20% - Prova orale: 45% METODI DI ACCERTAMENTO L’esame, oltre a richiedere dimostrazioni e, per la parte di esercizi, la soluzione di variazioni dei problemi risolti nel corso delle esercitazioni, prevede che lo studente sia in grado di integrare le competenze acquisite nel corso e di applicarle a problemi di una certa ampiezza, in un quadro non necessariamente prefissato. Un tipico esame consiste nella: verifica della comprensione degli argomenti del corso; verifica della capacità di analizzare la stabilità e la risposta ai comandi degli aeromobili; verifica della capacità di modellizzare l’aeromeccanica di un sistema aeronautico; verifica della conoscenza delle metodologie di analisi della stabilità, degli effetti dei principali parametri inerziali e aerodinamici sulla stabilità, e dei principali requisiti sulle qualità di volo del velivolo. Verifica della conoscenza di manovre ad alta incidenza. L'accertamento è supportato dalla valutazione delle relazioni sui lavori di gruppo dove si sono affrontati problemi di maggiore complessità (sviluppo e applicazione applicativi software, semplici sperimentazioni) con ampia autonomia e con un'organizzazione del lavoro definita dagli studenti nell'ambito di ogni gruppo. CRITERI DI VALUTAZIONE Per la prima sezione dell’esame scritto e per l'orale: conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-24); buona capacità di applicare la conoscenza (25-27); capacità di applicare la conoscenza a problemi di una certa complessità, di dimostrare approfondita comprensione dei temi del corso, e attitudine al ragionamento proponendo soluzioni anche originali (28-30 con lode) Per la seconda parte dello scritto: capacità di risolvere solo parzialmente i problemi avendo identificato la procedura di soluzione (18-23); capacità di risolvere in modo soddisfacente i problemi, esponendo con chiarezza il metodo di soluzione e pervenendo, in parte o completamente, ai risultati attesi (24-27); capacità di risolvere gli esercizi senza alcun errore, esponendo con la massima chiarezza procedimento e risultati, anche per problemi di una certa complessità (28-30 con lode). Per i lavori di gruppo: capacità minima (18-20), media (21-24), buona (25-27): di inquadrare e affrontare un problema di una certa complessità, di lavorare in gruppo, di identificare in modo indipendente l'appropriata metodologia di soluzione, di redigere una relazione tecnica. Capacità di proporre e applicare metodologie non convenzionali di soluzione, capacità di sviluppare in modo autonomo approfondimenti e riflessioni originali (28-30).

• R.F. Stengel, Flight Dynamics, Princeton University Press, Princeton 2014 • M.V. Cook, Flight Dynamics Principles: A Linear Systems Approach to Aircraft Stability and Control, Butterworth-Heinemann, 2013 • B.N. Pamadi, Performance, Stability, Dynamics and Control of Airplanes, AIAA Education Series, 1998 • M.J. Abzug, E.E. Larrabee, Airplane Stability and Control, Cambridge University Press, Cambridge, 1997.

ll corso si articola in lezioni frontali, esercitazioni che prevedono la soluzione di problemi numerici e esercitazioni nel corso delle quali si risolvono in piccoli gruppi problemi di maggiore complessità, utilizzando codici per la simulazione del volo. Sono previsti inoltre seminari su applicazioni delle conoscenze acquisite nell'insegnamento a problemi tecnici propri del mondo del lavoro.