MOTORI AERONAUTICI

Obiettivi formativi

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding); Conoscenza dei principi primi della termofluidodinamica del propulsore, dei flussi compressibili quasi-mono-dimensionali, dei cicli termodinamici dei principali motori a turbina a gas, del flusso nelle turbo-macchine assiali, nelle prese dinamiche e ugelli propulsivi aeronautici, delle tecniche di correlazione delle perdite nelle turbomacchine assiali, della termochimica di equilibrio e non-equilibrio della combustione nel combustore, delle principali fenomenologie, teorie, e modelli matematici/numerici che caratterizzano i processi di combustione in miscele di gas reagenti chimicamente, dell’integrazione del propulsore nel sistema velivolo, della quantificazione dell’impatto ambientale dovuto alle emissioni di gas serra, di inquinanti e di rumore da parte dei motori aeronautici, ed i fattori sui quali si agisce per cercare di limitarlo, sia a livello di componenti, sia a livello di sistema (architetture propulsive e cicli termodinamici innovativi). Conoscenza e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding); Capacità di eseguire un dimensionamento di massima dei componenti di un propulsore aeronautico, e delle prestazioni in e fuori progetto degli stessi componenti, tramite strumenti di calcolo prodotti dagli stessi studenti nel corso del lavoro di gruppo. Gli obiettivi formativi si perseguono utilizzando esercitazioni in aula e revisioni del lavoro in corso d’opera. La verifica delle capacità acquisite avviene contestualmente a quella delle conoscenze durante le revisioni e nel corso. Autonomia di giudizio (making judgements); Le competenze sono acquisite mediante lezioni frontali, attività di esercitazione in aula e per lo svolgimento di un lavoro di gruppo. La verifica delle conoscenze avviene tramite prove individuali e mediante relazioni scritte di gruppo che al contempo accertano e favoriscono l’acquisizione della capacità di comunicare efficacemente in forma scritta e/o orale. Abilità comunicative (communication skills); Capacità di operare in gruppo, di presentare i risultati del lavoro di gruppo con presentazioni e brevi rapporti tecnici. Capacità di apprendere (learning skills). Conoscenze caratterizzanti l’ingegnere sistemista della propulsione aeronautica intesa come progetto di massima del propulsore e verifica delle sue prestazioni in condizioni di progetto e fuori progetto.

Canale 1
MAURO VALORANI Scheda docente
RICCARDO MALPICA GALASSI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Il corso illustra le metodologie di calcolo per la predizione delle prestazioni dei principali propulsori a getto di impiego aeronautico, mostrando l'incidenza dei principali parametri termofluidodinamici sulle prestazioni, in termini di potenza o spinta e consumi, ed evidenziando il comportamento della macchina in condizioni di progetto e di fuori progetto. 1. Principi della termodinamica di non equilibrio chimico e dei flussi comprimibili Revisione dei principi fondamentali della termodinamica, equazioni di stato, equilibrio chimico. Leggi di conservazione (di massa, quantità di moto lineare, ed energia), e equazioni del moto di fluidi in sistemi isotermi e non isotermi; bilanci microscopici e macroscopici. Forma differenziale e integrale delle equazioni per flussi comprimibili quasi-1D, con adduzione di calore, attrito e variazione di area. Problemi di Fanno e Rayleigh. 2. Analisi del ciclo del motore Rassegna dei principali parametri di prestazione del motore. Introduzione al processo di progettazione del motore. Analisi dei vincoli e di missione dell’aeromobile per il calcolo della spinta richiesta in base alle esigenze del cliente. Analisi del ciclo del motore attraverso l'analisi parametrica. Ottimizzazione multi-obiettivo. Frontiera di Pareto. 3. Dimensionamento dei Componenti del Motore: presa dinamica e ugello propulsivo Dimensionamento di prese dinamiche subsoniche e supersoniche. Dimensionamento di ugelli propulsivi convergenti e convergenti-divergenti. 4. Dimensionamento dei Componenti del Motore: Turbomacchine Introduzione alle Turbomacchine, sistemi di riferimento, triangoli di velocità, conservazione del momento della quantità di moto, equazione di Eulero per turbomacchine, rendimenti, criteri di progettazione nel piano interpalare, equilibrio radiale, criteri di progettazione nel piano meridiano. 5. Analisi al raggio medio di compressori e turbine assiali 6. Schiere di pale Introduzione alle schiere di pale, angoli di flusso nelle paletta, prestazioni della schiere di pale, criteri di progettazione. 7. Dimensionamento di uno stadio di turbomacchina Come dimensionare uno stadio di compressore assiale Come dimensionare uno stadio di turbina assiale 8. Correlazioni di perdita Correlazioni di perdita nelle turbomacchine, meccanismi di perdita e modelli di perdita 9. Prestazioni fuori progetto di compressori e turbine assiali Prestazioni fuori progetto di compressori e turbine: triangoli di velocità in fuori progetto, curve caratteristiche di compressori e turbine assiali 10. Fuori progetto di un motore a turbina a gas Prestazioni fuori progetto dell'intero motore: condizioni di matching fra componenti, prestazioni di fuori progetto
Prerequisiti
Nozioni di base di Meccanica dei Fluidi, di Termo-Fluidodinamica, e di Aerodinamica Supersonica, nonché elementi e generalità sui propulsori aerospaziali, secondo quanto fornito nel corso di studi della Laurea Triennale in Ingegneria Aerospaziale.
Testi di riferimento
Pasquale Sforza, Theory of Aerospace Propulsion, Butterworth-Heinemann (2011) S.L. Dixon, C.A. Hall, Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery, 6th ed., Elsevier (2010) Saravanamuttoo, Rogers, Cohen, Gas Turbine Theory, Pearson Education Ltd., 5th ed., 2001 Meinhard Schobeiri, Turbomachinery Flow Physics and Dynamic Performance, Springer (2005) Saeed Farokhi, Aircraft Propulsion, Wiley John + Sons (2008) Hill-Peterson, Mechanics and Thermodynamics of Propulsion, 2nd Ed. , Addison-Wesley, 1992 A.F. El-Sayed, Aircraft Propulsion and Gas Turbine Engines, CRC Press, 2008 N. Cumpsty, Jet Propulsion, Cambridge U. Press, 1997 A.H. Shapiro, Compressible Fluid Flow, Vol.1, Wiley, 1953
Frequenza
In presenza.
Modalità di esame
La valutazione prevede una prova scritta, una prova orale, e la valutazione di un elaborato di gruppo prodotto durante il corso. La prova scritta consiste di domande a risposta libera. La durata della prova scritta è di 3 ore; al candidato non è concesso utilizzare nessun materiale durante la prova. Gli elaborati sono valutati assommando da 0/30 a 3/30 in più rispetto al voto conseguito a valle delle prove scritta e orale. La consegna dell’elaborato è un pre-requisito per la possibilità di sostenere la prova scritta.
Modalità di erogazione
Il corso verrà erogato tramite lezioni frontali in presenza e/o in modalità telematica. I materiali del corso e tutte le comunicazioni tra docente e studente saranno gestite tramite piattaforma Google Classroom alla quale si può accedere utilizzando un qualunque internet browser. Si invitano perciò tutti gli studenti interessati a registrarsi alla pagina Google Classroom del corso di interesse utilizzando le credenziali INFOSTUD. Gli studenti che si iscriveranno al corso riceveranno via mail l'avviso del calendario delle lezioni che fino a diversa disposizione rettorale saranno erogata in modalità telematica.
  • Codice insegnamento1021988
  • Anno accademico2024/2025
  • CorsoIngegneria aeronautica - Aeronautical engineering
  • CurriculumModellistica e analisi per la progettazione aeronautica (percorso valido anche per il conseguimento del doppio titolo con Georgia institute of technology and Georgia tech Lorraine o per il doppio titolo Italo-portoghese )
  • Anno1º anno
  • Semestre2º semestre
  • SSDING-IND/07
  • CFU9
  • Ambito disciplinareIngegneria aerospaziale ed astronautica