Analisi aerodinamica e derivate di stabilita’

L’insegnamento si propone di descrivere il comportamento aerodinamico di un velivolo e dei suoi componenti e fornire gli elementi utili ai fini di un calcolo delle caratteristiche principali e delle derivate di stabilità. Le metodologie di calcolo utilizzate saranno principalmente di tipo semi-empirico(ben note ad esempio quelle di J.Roskam, “Aircraft Design”). Parallelamente saranno illustrate ed utilizzati anche metodologie e codici di calcolo basati sulla linea portante(Prandtl, Multhopp, Weissinger) oppure basati sul vortex-lattice per il calcolo su ali e su multi-superfici portanti. Verranno anche utilizzati codici di calcolo a pannelli 2D (per il calcolo di caratteristiche aerodinamiche di profili alari) e 3D (per il calcolo su configurazioni wing-body o velivolo completo). Applicazioni pratiche saranno rivolte ad esempio al calcolo della stabilità, al calcolo dei momenti di fusoliera, al calcolo della distribuzione di carico in apertura alare per ali e per configurazioni wing-body (anche in relazione a problematiche di calcolo del carico per la certificazione strutturale), al calcolo del down-wash, ecc.

Meccanica e dinamica del volo

L’insegnamento si propone di descrivere e fornire le metodologie di calcolo per le prestazioni dei velivoli. Verranno in particolare chiariti i legami con l’aerodinamica del velivolo. Il modulo illustra inizialmente l’influenza della scelta progettuale delle caratteristiche del velivolo (Superficie alare, apertura, peso) sulle prestazioni e sulla possibilità di soddisfare una specifica di missione. Successivamente vengono analizzate in dettaglio le varie prestazioni, partendo da quelle di volo (salita, crociera, virata, autonomie) fino a quelle di decollo ed atterraggio. Verranno fornite delle metodologie e degli strumenti di calcolo delle prestazioni stesse. La seconda parte del corso fornisce invece degli elementi di dinamica del velivolo. Vengono analizzate in dettaglio le manovre principali, e viene affrontato lo studio e l’analisi del comportamento delle superfici di governo di un velivolo. Il modulo ad esempio si pone l’obiettivo del calcolo dettagliato dei carichi di raffica e manovra sull’ala e sui piani di coda, nonché dei carichi in turbolenza.

Progettazione di Strutture Aeronautiche

L’insegnamento armonizza le conoscenze dell’analisi strutturale aeronautica integrando lo studio ed il calcolo dei carichi (diagramma di manovra, windshear, raffica, impatto volatile, etc.) con le verifiche strutturali richieste (modelli numerici, impiego di manuali di stress analysis, sviluppo di codici ad-hoc). Particolare riferimento sara’ dato alla correlazione con le prove sperimentali. L’impostazione e la scrittura di un tipico stress report da sottoporre agli enti di certificazione aeronautica rappresenta la conclusione del corso.

Progettazione e modellazione di assemblaggi aeronautici

L’insegnamento affronta le tecniche attualmente utilizzate nell’industria aeronautica per lo sviluppo della progettazione strutturale, impiantistica e per la gestione stessa del ciclo di vita del prodotto mediante sistemi di Product Life Management (PLM) diffusi in campo aeronautico quali Catia V5. Particolare attenzione sarà posta sulla modellazione geometrica di superficie a forma libera e sul pre- e post-processing di informazioni grafiche per l’impiego di codici numerici.

Calcolo strutturale FEM

L’insegnamento presenta le moderne metodologie di analisi strutturali lineare e non-lineare. Viene introdotta l’analisi agli elementi finiti di materiali compositi con riferimento alle problematiche di instabilita’ elastica di elementi strutturali complessi. Vengono infine ripresi gli elementi principali dell’ottimizzazione strutturale e proposte alcune tipiche applicazioni in campo aeronautico.

Strumentazione di bordo

L’insegnamento descrive la strumentazione utilizzata nei velivoli commerciali e dell’aviazione generale. Partendo dalla strumentazione minima di bordo vengono presentati i principi di funzionamento e lo sviluppo che l’avionica ha avuto nei moderni velivoli da trasporto. Sono analizzati i cockpit di alcuni velivoli moderni e simulati al calcolatore alcune situazioni di volo con specifico riferimento all’analisi delle failures ed all’effetto del fattore umano.

Acquisizione ed analisi del segnale

L’insegnamento fornisce conoscenze di base sulle tecniche di digitalizzazione ed acquisizione dei segnali. Si analizzano le tipologie di segnali tipici di prove strutturali e di prove di volo e si introducono le principali tecniche di analisi nel dominio del tempo e della frequenza. Vengono presentate applicazioni che mostrano l’utilizzo del filtraggio digitale per l’estrazione di parametri di prova.

Stabilità dinamica, qualità di volo e controlli di volo

L’insegnamento fornisce conoscenze di base sui criteri e sulle metodologie per affrontare l’analisi lineare che permetta di determinare la risposta e la caratterizzazione del comportamento dinamico dei velivoli. Si illustreranno le metodologie per la linearizzazione e l’adimensionalizzazione delle equazioni sia per il moto longitudinal-simmetrico che latero-direzionale. L’interpretazione dei risultati sara’ effettuata in connessione con le desiderate qualita’ di volo del velivolo. Saranno anche illustrati i principi del controllo automatico del volo.

Aerodinamica computazionale industriale

L’insegnamento fornisce le conoscenze necessarie a risolvere i campi di moto con le tecniche proprie della CFD (Computational Fluid Dynamics). Si illustreranno le problematiche e le tecniche per la generazione delle griglie e per l’uso di codici avanzati, basati sulle soluzioni delle equazioni di Navier-Stokes, per l’analisi dei campi di moto. Particolare attenzione sara’ rivolta ai modelli di turbolenza ed all’influenza che questi hanno sulla qualita’ della soluzione. Particolare attenzione sara’ rivolta all’interpretazione dei risultati ed alla derivazione dei coefficienti aerodinamici utili ai fini pratici.

Aeroelasticità ed acustica

L’insegnamento richiama le conoscenze di base delle vibrazioni autoeccitate e presenta una analisi parametrica dei principale elementi che le influenzano e le tecniche per eliminare gli effetti indesiderati. Particolare attenzione viene quindi rivolta allo studio del comportamento acustico dei velivoli, sia con riferimento al comfort del passeggero che agli aspetti del community noise che interessa gli agglomerati urbani nelle vicinanze di aeroporti e sentieri di avvicinamento.

Analisi strutturale avanzata

L’insegnamento fornisce gli elementi per la corretta generazione di modelli strutturali per la dinamica delle strutture e controllo. Sono presentate le tecniche di correlazione numerico sperimentale e la simulazione di comportamenti non lineari con l’introduzione allo studio dell’impatto dinamico. Case studies industriali completano il corso offrendo la possibilita’ di simulare la realta’ operativa di una tipica azienda aeronautica.

Sperimentazione e simulazione di volo

L’insegnamento si propone di fornire conoscenze sulle tecnologie di sperimentazione e di simulazione di volo. Una parte del modulo si occupa delle prove di volo, con particolare riferimento sia alle problematiche di certificazione (prove per certificazione JAR-VLA) sia agli aspetti sperimentali ed alle procedure più innovative per l’identificazione di caratteristiche di volo e prestazioni (velocità di stallo, decollo). Un altro aspetto riguarderà l’analisi delle qualità di volo del velivolo da prove di volo. Particolare attenzione verrà rivolta alla strumentazione e sensoristica da utilizzare per effettuare le prove di volo di un velivolo.
Una seconda parte del modulo tratterà invece argomenti connessi con la simulazione di volo. Vengono illustrate le tecnologie ed i codici utilizzabili per la simulazione di volo di un velivolo. Il modulo si propone quindi l’utilizzo di matlab/simulink e di strumenti grafici avanzati (Flight Gear) per la simulazione di volo. Vengono forniti numerosi esempi di applicazioni.

Sperimentazione in galleria del vento

L’insegnamento si propone di illustrare le tecnologie per la sperimentazione aerodinamica in galleria del vento di componenti aeronautici. Verranno in particolare analizzate le prove bidimensionali di profili alari, con riferimento a tecniche di misura delle pressioni, valutazione dei coefficienti, correzioni, necessità di applicare suzione alle estremità, misura della resistenza con pettine di scia ed infine tecniche di visualizzazione della transizione e della separazione con olio/caolino.
Una seconda parte del modulo tratterà invece prove in galleria del vento di modelli 3D o di semi-modelli, con misura di forze effettuata tramite bilancia estensimetriche. Verranno forniti elementi base del funzionamento e di bilancie estensimetriche e della scelta delle più appropriate. Il modulo prevede anche per questa parte delle prove in galleria del vento e si propone di illustrare la realizzazione, nonché la corretta valutazione e l’analisi di prove aerodinamiche effettuate su modelli di velivoli.

Sperimentazione strutturale di velivoli

L’insegnamento fornisce gli elementi necessari per la conduzione di prove sperimentali richieste in ambito aeronautico. L’organizzazione di una prova a fatica, di una prova di caduta di un carrello, la verifica a crashworthiness sono alcune delle principali tematiche presentate e sviluppate. Particolare enfasi viene data agli aspetti della organizzazione della prova e del suo reporting, sia per soddisfare i requisiti di certificazione che per l’accrescimento del know-how aziendale.

Certificazione e normativa

L’insegnamento analizza le problematiche che si incontrano nella stesura di una compliance check list e ne discute le ricadute nelle scelte progettuali e di sviluppo del prodotto aeronautico. Sono analizzati i vari aspetti della normativa in vigore nell’ambito della nuova cornice di certificazione europea (EASA). Sono altresi’ presentate le nuove regolamentazioni in ambito DOA e POA e se ne analizzano le ricadute operative per l’industria aeronautica.

Affidabilità ed Analisi RAMS

Il modulo prevede lo studio della normativa internazionale sulle RAMS: Affidabilità (Reliability), Availability (Disponibilità), Manutenibilità (Maintainability) e Sicurezza (Safety). Mediante casi studio saranno sviluppati dei report di analisi RAMS (con analisi FMECA) e saranno valutati i requisiti RAMS (da capitolato di appalto) di flotte civili e militari. Valutazione di modelli Costo del Ciclo di Vita-Affidabilità ed applicazioni ad aeromobili. Reliability Centered Maintenance (RCM). Studio di ritardi tecnici di flotte commerciali e degli indici di disponibilità (ad es. Dispatch Reliability, Dependability).

Affidabilità strutturale e progettazione di esperimenti numerici

Modelli stocastici di studio della fatica e del degrado. Valutazione probabilistica del rischio legato alla scelta di coefficienti di sicurezza. Abachi di affidabilità. Teoria dei valori estremi: casi studio della raffica e del cedimento degli elementi più deboli. Prove accelerate per lo studio di componenti aeronautici ad elevatissima affidabilità. Fenomeno della crescita dell’affidabilità. Dimostrazione di affidabilità a zero guasti. Approccio classico ed approccio bayesiano. Pianificazione ottimale degli esperimenti al calcolatore. Studio delle superfici di risposta. Modello scontro sollecitazione-resistenza. Caso studio di un’ala in composito.