Istituzioni di Ingegneria Aerospaziale

ISTITUZIONI DI

INGEGNERIA

AEROSPAZIALE

A A 2016-2017

NNO CCADEMICO

Indice

INTRODUZIONE STORICA ........................................................................................................................ 7

FLUIDI ...................................................................................................................................................... 8

Fluidi 8

Statica dei fluidi 8

Grandezze fondamentali ................................................................................................................................................ 8

Densità ....................................................................................................................................................................... 8

Temperatura .............................................................................................................................................................. 8

Pressione .................................................................................................................................................................... 8

Equazioni di stato dei fluidi 8

Equazione fluidostatica (legge di Stevino) 8

Principio di Archimede 8

Manometro e Barometro 9

Gravità 9

ATMOSFERA .......................................................................................................................................... 10

Atmosfera standard internazionale (ISA) 10

Gradiente termico ........................................................................................................................................................ 10

Troposfera .................................................................................................................................................................... 10

Stratosfera .................................................................................................................................................................... 10

FLUIDODINAMICA ................................................................................................................................. 11

Definizioni ..................................................................................................................................................................... 11

Equazione di Continuità 11

Equazione bilancio quantità di moto (Teorema di Bernoulli) 11

Equazione di Bilancio dell'energia 12

MISURAZIONE DI VELOCITÀ E GALLERIE DEL VENTO ............................................................................ 13

Tubo di Venturi 13

Tubo di Pitot 13

Misure di Velocità 13

Gallerie del vento 13

Gallerie del vento a circuito aperto .............................................................................................................................. 13

Gallerie del vento a circuito chiuso .............................................................................................................................. 14

Misurazione .................................................................................................................................................................. 14

FORZE SOSTENTATRICI .......................................................................................................................... 15

Ala 15

Portanza 15

Calcolo della portanza 16

Coefficiente di pressione .............................................................................................................................................. 16

Viscosità 16

Flusso di Couette 17

Circolazione su un profilo e vortici Condizione di Kutta 17

Numero di Reynolds 17

FORZA DI RESISTENZA ........................................................................................................................... 18

Effetto della viscosità sulla resistenza 18

1

Campi di Moto 18

Strato limite su una lastra piana, flusso laminare ........................................................................................................ 18

Strato limite su una lastra piana, flusso turbolento ..................................................................................................... 19

Calcolo della resistenza di attrito 19

Vantaggi dei flussi laminari o turbolenti 19

Stallo ............................................................................................................................................................................. 20

Induzione dello strato limite turbolento 20

Conclusioni 21

PROFILI AERODINAMICI ........................................................................................................................ 22

Coefficiente di portanza 22

Calcolo di 22

xcp

Curve di performance di un profilo alare 22

CL-α .............................................................................................................................................................................. 22

Stallo ........................................................................................................................................................................ 22

CD-α .............................................................................................................................................................................. 23

Polare ........................................................................................................................................................................... 23

Aumento di curvatura .............................................................................................................................................. 23

Coefficiente di momento 23

Centro aerodinamico .................................................................................................................................................... 24

Esperimenti sui profili 24

ALA FINITA ............................................................................................................................................. 25

Effetti 25

Effetti su CL ................................................................................................................................................................... 25

Effetti sulla polare ........................................................................................................................................................ 25

Contributi sulle altre superfici portanti 26

Metodi per la riduzione della resistenza indotta 26

EFFETTI COMPRIMIBILITÀ ..................................................................................................................... 27

Nei profili alari 27

CONDIZIONI DI EQUILIBRIO ................................................................................................................... 29

Trazione richiesta 29

Velocità di efficienza massima 29

Effetti sulla trazione 29

Trazione disponibile 30

Trazione disponibile 30

Potenza Disponibile 30

Potenza Necessaria 30

Potenza minima 30

Efficienza Massima 31

Effetto della variazione di quota 31

Sulla potenza necessaria .............................................................................................................................................. 31

Sulle velocità di funzionamento ................................................................................................................................... 31

In un motore a pistoni e in un motore a getto ........................................................................................................ 31

IN SALITA ............................................................................................................................................... 32

Velocità di Salita 32

Punti Notevoli 32

Relazioni sulle curve di potenza ................................................................................................................................... 32

Effetto della quota........................................................................................................................................................ 32

2

IN DISCESA ............................................................................................................................................ 33

Planata a motore tagliato 33

Distanza Massima ......................................................................................................................................................... 33

Massimo tempo di volo ................................................................................................................................................ 33

SUPERFICI DI CONTROLLO E CENTRAGGIO ........................................................................................... 34

Superfici di controllo primarie 34

Equilibratori e configurazione Canard .......................................................................................................................... 35

Momenti sulle superfici mobili 35

Equilibrio in caso di spinta asimmetrica 35

PROPULSIONE ....................................................................................................................................... 36

Trazione 37

Incremento velocità ..................................................................................................................................................... 37

Potenza 37

Rendimento 37

Aerodinamica dell'elica 38

Definizioni ..................................................................................................................................................................... 38

Angolo di incidenza ...................................................................................................................................................... 38

Composizione delle forze ............................................................................................................................................. 38

Coefficienti adimensionali 38

Rendimento 38

Influenza sul resto del velivolo 39

Specific Fuel Consumption 39

PROPULSORE A GETTO .......................................................................................................................... 40

Motore di Lorin 40

Motore di Whittle 40

Ciclo termodinamico .................................................................................................................................................... 40

Compressione ............................................................................................................................................................... 40

Compressore assiale ................................................................................................................................................ 40

Camera di combustione ............................................................................................................................................... 40

Anulare (1 camera di combustione) ......................................................................................................................... 40

Tuboanulare (tante camere di combustione disposte a raggiera) ........................................................................... 41

Turbina ......................................................................................................................................................................... 41

Ugelli di scarico ............................................................................................................................................................. 41

Inversori di spinta ......................................................................................................................................................... 41

Motori compositi 41

Turboelica ..................................................................................................................................................................... 41

Turbofan ....................................................................................................................................................................... 41

Propfan ......................................................................................................................................................................... 42

Motore a razzo 42

VOLO MANOVRATO .............................................................................................................................. 43

Virata piatta 43

Virata corretta 43

Descrizione della manovra ........................................................................................................................................... 43

Fattore di Carico ........................................................................................................................................................... 43

Raggio di virata ............................................................................................................................................................. 43

Rateo di Virata .............................................................................................................................................................. 43

Effetto su e trazione ............................................................................................................................................... 43

Limitazioni al fattore di carico ...................................................................................................................................... 44

Effetto Imbardante ....................................................................................................................................................... 44

3

Uso degli spoiler ........................................................................................................................................................... 44

Manovra di richiamata 44

Con fattori di carico grandi (n>5) ................................................................................................................................. 45

Diagramma n-v 45

Raffiche 45

STABILITÀ .............................................................................................................................................. 46

Profili isolati 46

Profili classici ................................................................................................................................................................ 46

Profili auto-stabili ......................................................................................................................................................... 46

Stabilità longitudinale 46

Distribuzione delle masse ............................................................................................................................................. 46

Baricentro avanzato ................................................................................................................................................. 46

Baricentro arretrato ................................................................................................................................................. 46

Stabilità direzionale 47

Stabilità trasversale 47

Ala a diedro .................................................................................................................................................................. 48

Angolo di freccia ........................................................................................................................................................... 48

DECOLLO E ATTERRAGGIO .................................................................................................................... 49

Decollo 49

Flap ............................................................................................................................................................................... 49

Slats .............................................................................................................................................................................. 49

Sistemi alternativi ......................................................................................................................................................... 50

Conclusioni ................................................................................................................................................................... 50

Atterraggio 50

Sistemi per aumentare la resistenza ............................................................................................................................ 50

Carrello ......................................................................................................................................................................... 50

ELICOTTERI ............................................................................................................................................ 52

Volo a punto fisso 52

Problematiche della pala rotante 52

Effetti comprimibilità ................................................................................................................................................... 52

Vortici ........................................................................................................................................................................... 52

Risoluzione ................................................................................................................................................................... 52

Cambio di passo 53

Limitazioni alle velocità 53

Conclusioni 53

STRUTTURE ........................................................................................................................................... 54

Scopi di una struttura aeronautica 54

Resistenza ..................................................................................................................................................................... 54

Forma ........................................................................................................................................................................... 54

Valutazioni in fase di progetto ..................................................................................................................................... 54

Materiali e sollecitazioni 54

Tipologie di sollecitazione 55

Strutture a traliccio 56

STRUTTURE AERONAUTICHE

................................................................................................................. 57

Ala 57

Correnti ..............................................................