MECCANICA DEL VOLO DELL'ELICOTTERO

Obiettivi formativi

Il corso fornisce una visione generale sul funzionamento dell'elicottero e introduce le tecniche di analisi dell'aerodinamica e dinamica del rotore, per il calcolo delle condizioni di equilibrio e lo studio della stabilità e controllo. RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI Conoscenza e capacità di comprensione Al termine del corso lo studente sarà in grado di: - Descrivere, avendone compresi i principali aspetti fenomenologici, gli elementi di base dell'aeromeccanica e dinamica del rotore articolato - Illustrare e confrontare le principali metodologie per la modellazione matematica dell’elicottero - Descrivere come si stabiliscono le condizioni di volo in equilibrio (trim) dell’elicottero e illustrare come si modificano le variabili di stato e di controllo al variare della velocità di volo - Illustrare i metodi per la determinazione delle caratteristiche di volo - Descrivere i principali sistemi dell'elicottero: rotore, motore, trasmissione, sistema di controllo del volo - Descrivere le caratteristiche di stabilità dinamica degli elicotteri - Interpretare e illustrare gli sviluppi tecnologici e progettuali dei veicoli ad ala rotante e/o ibridi. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Al termine del corso lo studente sarà in grado di: - Applicare il concetto del rotore ottimo per la progettazione della pala - Sviluppare e utilizzare un semplice modello matematico della macchina finalizzato allo studio delle prestazioni - Determinare le variabili di stato e di controllo nel volo trimmato al variare della velocità di volo. Autonomia di giudizio Al termine del corso lo studente sarà in grado di: - Affrontare problemi di maggiore complessità che richiedono la pianificazione e coordinamento di attività, l’utilizzo di appropriati strumenti di calcolo, e la stesura di relazioni tecniche entro termini prefissati. Abilità comunicative Al termine del corso lo studente sarà in grado di: - Condurre attività in collaborazione nell’ambito dei lavori di gruppo - Esporre i risultati delle attività svolte in gruppo nella forma di presentazioni e/o rapporti tecnici. Capacità di apprendimento Al termine del corso lo studente avrà acquisito la comprensione del ruolo presente e futuro delle macchine ad ala rotante, inclusi i nuovi sistemi per la mobilità aerea urbana, e la capacità, a livello basico, di formulare e risolvere problemi relativi alla aeromeccanica degli elicotteri attraverso sia l’applicazione di applicativi software sia lo sviluppo indipendente di codici di calcolo.

Canale 1
GUIDO DE MATTEIS Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
I sistemi dell'elicottero: rotore, motore, trasmissione e sistema di controllo del volo. Elementi di base sulla dinamica della pala e del rotore: moti di flappeggio, ritardo e variazione del passo. Aerodinamica del rotore in hovering e in volo assiale: teorie del disco attuatore e dell’elemento di pala. Il volo in discesa verticale, a condizione di anello vorticoso. Indice di merito, perdite di estremità, effetto suolo. Cenni sui metodi di rappresentazione della scia del rotore. Aerodinamica del rotore nel volo in avanzamento: velocità indotta, teoria del’elemento di pala, coefficienti di forza e di coppia, coefficienti di flappeggio. Le condizioni di equilibrio dell’elicottero nel volo assiale e in avanzamento: il problema del trimmaggio longitudinale e laterale al variare della velocità di volo. Le prestazioni dell’elicottero: I motori a turbina e le relative limitazioni. Le limitazioni del sistema di trasmissione. Il diagramma della potenza necessaria al variare della velocità. Analisi delle caratteristiche di volo in hovering, in volo livellato e in salita. Analisi della missione. Autorotazione: fasi della manovra, prestazioni, diagramma H-V. Cenni sulla stabilità e controllabilità: stabilizzazione passiva del rotore, stabilità in velocità, stabilità sull’angolo di attacco, effetto diedro.
Prerequisiti
Formulazione delle equazioni cardinali del corpo rigido. Nozioni fondamentali sull’aerodinamica del profilo. Nozioni fondamentali sulla controllabilità e stabilità statica del velivolo. Nozioni di base di algebra lineare, trasformata di Laplace. Nozioni fondamentali sulla stabilità dinamica del velivolo e sulle Qualità di volo.
Testi di riferimento
Testo ufficiale - A.R.S. Bramwell, G. Done, D. Balmford, Bramwell's Helicopter Dynamics, Second Edition, Butterworth-Heinemann, Oxford, 2001.
Modalità insegnamento
Il corso si articola in lezioni frontali ed 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.
Frequenza
Anche se non obbligatoria è raccomandata la frequenza alle lezioni e la partecipazione alle attività in piccoli gruppi di studenti.
Modalità di esame
STRUMENTI DI ACCERTAMENTO L’accertamento si effettua con una prova orale che prevede tre domande che riguardano tutti gli argomenti svolti a lezione. Il voto finale è espresso come media dei voti riportati nella valutazione di ciascuna delle domande. La durata della prova è compresa tra 30 e 45 minuti. Per superare con successo l’esame è fortemente consigliato aver svolto le esercitazioni del corso, redigendo le relative relazioni. METODI DI ACCERTAMENTO L’esame 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 dell’insegnamento; verifica della capacità di comprendere e utilizzare la modellazione matematica delle caratteristiche aeromeccaniche dell’elicottero; verifica della comprensione delle principali caratteristiche dinamiche dell’elicottero e del rotore; verifica della conoscenza delle metodologie di analisi delle prestazioni; verifica della conoscenza dei principali sistemi e sotto-sistemi; verifica della capacità di analizzare la stabilità e la risposta ai comandi. CRITERI DI VALUTAZIONE Conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media con discreta capacità di esposizione (21-24); buona capacità di applicare la conoscenza con adeguate capacità di esposizione (25-27); capacità di applicare la conoscenza a problemi di una certa complessità, di dimostrare approfondita comprensione dei temi del corso con buone capacità di comunicazione e senso critico; capacità di dimostrare buona attitudine al ragionamento proponendo soluzioni anche originali (28-30 con lode).
Bibliografia
- M. Arra, L'elicottero, Hoepli, Milano, 2001 - J.G. Leishman, Principles of Helicopter Aerodynamics, Cambridge Aerospace Series, Cambridge University Press, 2000 - W. Johnson, Rotorcraft Aeromechanics, Cambridge University Press, 2013 - G.D. Padfield, Helicopter Flight Dynamics, Blackwell Science Ltd., Oxford, 1996 - R.W. Prouty, Helicopter Performance, Stability and Control, Krieger Publishing Company, Florida, 1986
Modalità di erogazione
Il corso si articola in lezioni frontali ed 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.
GUIDO DE MATTEIS Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
I sistemi dell'elicottero: rotore, motore, trasmissione e sistema di controllo del volo. Elementi di base sulla dinamica della pala e del rotore: moti di flappeggio, ritardo e variazione del passo. Aerodinamica del rotore in hovering e in volo assiale: teorie del disco attuatore e dell’elemento di pala. Il volo in discesa verticale, a condizione di anello vorticoso. Indice di merito, perdite di estremità, effetto suolo. Cenni sui metodi di rappresentazione della scia del rotore. Aerodinamica del rotore nel volo in avanzamento: velocità indotta, teoria del’elemento di pala, coefficienti di forza e di coppia, coefficienti di flappeggio. Le condizioni di equilibrio dell’elicottero nel volo assiale e in avanzamento: il problema del trimmaggio longitudinale e laterale al variare della velocità di volo. Le prestazioni dell’elicottero: I motori a turbina e le relative limitazioni. Le limitazioni del sistema di trasmissione. Il diagramma della potenza necessaria al variare della velocità. Analisi delle caratteristiche di volo in hovering, in volo livellato e in salita. Analisi della missione. Autorotazione: fasi della manovra, prestazioni, diagramma H-V. Cenni sulla stabilità e controllabilità: stabilizzazione passiva del rotore, stabilità in velocità, stabilità sull’angolo di attacco, effetto diedro.
Prerequisiti
Formulazione delle equazioni cardinali del corpo rigido. Nozioni fondamentali sull’aerodinamica del profilo. Nozioni fondamentali sulla controllabilità e stabilità statica del velivolo. Nozioni di base di algebra lineare, trasformata di Laplace. Nozioni fondamentali sulla stabilità dinamica del velivolo e sulle Qualità di volo.
Testi di riferimento
Testo ufficiale - A.R.S. Bramwell, G. Done, D. Balmford, Bramwell's Helicopter Dynamics, Second Edition, Butterworth-Heinemann, Oxford, 2001.
Modalità insegnamento
Il corso si articola in lezioni frontali ed 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.
Frequenza
Anche se non obbligatoria è raccomandata la frequenza alle lezioni e la partecipazione alle attività in piccoli gruppi di studenti.
Modalità di esame
STRUMENTI DI ACCERTAMENTO L’accertamento si effettua con una prova orale che prevede tre domande che riguardano tutti gli argomenti svolti a lezione. Il voto finale è espresso come media dei voti riportati nella valutazione di ciascuna delle domande. La durata della prova è compresa tra 30 e 45 minuti. Per superare con successo l’esame è fortemente consigliato aver svolto le esercitazioni del corso, redigendo le relative relazioni. METODI DI ACCERTAMENTO L’esame 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 dell’insegnamento; verifica della capacità di comprendere e utilizzare la modellazione matematica delle caratteristiche aeromeccaniche dell’elicottero; verifica della comprensione delle principali caratteristiche dinamiche dell’elicottero e del rotore; verifica della conoscenza delle metodologie di analisi delle prestazioni; verifica della conoscenza dei principali sistemi e sotto-sistemi; verifica della capacità di analizzare la stabilità e la risposta ai comandi. CRITERI DI VALUTAZIONE Conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media con discreta capacità di esposizione (21-24); buona capacità di applicare la conoscenza con adeguate capacità di esposizione (25-27); capacità di applicare la conoscenza a problemi di una certa complessità, di dimostrare approfondita comprensione dei temi del corso con buone capacità di comunicazione e senso critico; capacità di dimostrare buona attitudine al ragionamento proponendo soluzioni anche originali (28-30 con lode).
Bibliografia
- M. Arra, L'elicottero, Hoepli, Milano, 2001 - J.G. Leishman, Principles of Helicopter Aerodynamics, Cambridge Aerospace Series, Cambridge University Press, 2000 - W. Johnson, Rotorcraft Aeromechanics, Cambridge University Press, 2013 - G.D. Padfield, Helicopter Flight Dynamics, Blackwell Science Ltd., Oxford, 1996 - R.W. Prouty, Helicopter Performance, Stability and Control, Krieger Publishing Company, Florida, 1986
Modalità di erogazione
Il corso si articola in lezioni frontali ed 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.
Scheda docente
Scheda docente
  • Codice insegnamento1011234
  • Anno accademico2025/2026
  • CorsoIngegneria aeronautica - Aeronautical engineering
  • CurriculumGestione ed operazioni nell'aviazione civile e sistemi di volo
  • Anno2º anno
  • Semestre1º semestre
  • SSDING-IND/03
  • CFU6