OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento si propone di fornire i fondamenti per lo studio dei sistemi per la propulsione aeronautica, con particolare attenzione ai seguenti argomenti: spinta e prestazioni delle differenti tipologie di motore nelle diverse fasi di volo, layout dei motori e principali componenti responsabili della propulsione.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La partecipazione attiva alle lezioni frontali e lo studio individuale permetteranno allo studente di:

- distinguere le diverse tipologie di propulsore aeronautico, comprenderne ed analizzarne criticamente le modalità di funzionamento;

- valutare i requisiti di un velivolo durante le diverse fasi di funzionamento;

- selezionare le tipologie di propulsore più adatte a soddisfare i requisiti specifici;

- comprendere i meccanismi di generazione della spinta per le diverse tipologie di propulsore;

- valutare le prestazioni di un sistema propulsivo;

- individuare i parametri progettuali che regolano la generazione della spinta e che determinano le prestazioni del sistema propulsivo;

- conoscere e comprendere il funzionamento dei principali componenti del motore responsabili della propulsione.

MODALITA' DIDATTICHE

Il modulo si articola in lezioni frontali in aula che prevedono oltre alla presentazione ed alla discussione dei contenuti teorici anche alcune applicazioni numeriche finalizzate a favorire l’apprendimento e la comprensione.

PROGRAMMA/CONTENUTO

I principali argomenti trattati dal modulo sono qui di seguito elencati:

- Cenni alla storia della propulsione aeronautica; la propulsione nel caso dei moderni aerei di grandi dimensioni, atmosfera standard e unità di misura impiegate in campo aeronautico.

- Classificazione dei motori per la propulsione aeronautica: architetture di propulsore ad elica, statoreattore, turbogetto a singolo flusso semplice e con post-combustore, turbogetto a doppio flusso (turbofan) a basso ed alto rapporto di by-pass, pulsogetto.

 - Richiami di aerodinamica dell’aereo: coefficienti di portanza, resistenza e momento (analisi dimensionale);  portanza e resistenza di un profilo; resistenza indotta per l’ala di lunghezza finita; considerazioni sull’aspect ratio dell’ala.

- Curva polare del velivolo; forze aerodinamiche sul velivolo; spinta e potenza richieste per volo orizzontale non accelerato; velocità massima del velivolo; rampa di salita; volo planato; quote massime: teorica ed operativa; tempo di salita. Tratta percorribile ed autonomia per aereo propulso a getto e ad elica. Equazioni di Breguet. Prestazioni dinamiche del velivolo. Fasi di decollo ed atterraggio. Volo in virata. Diagramma di manovra.

- Analisi dei requisiti di un aereo; spinta installata e non installata.

- Generazione della spinta nel caso di turbogetto semplice, turbofan e turboelica. Teoria del disco attuatore e dell’elemento di pala. Parametri di prestazione dei sistemi propulsivi: rendimento del ciclo, rendimento propulsivo e rendimento globale.

- Turbogetto semplice: analisi del ciclo, parametri progettuali, funzionamento a punto fisso e in volo.

- Turbofan: analisi del ciclo, scelta del rapporto di by-pass.

- Turboelica: analisi del ciclo, suddivisione della spinta tra elica ed ugello.

- Principali componenti responsabili della propulsione: Presa dinamica: requisiti principali, parametri adimensionali, geometrie del diffusore, mappe di Sovran and Klomp, prese dinamiche supersoniche. Ugello: requisiti principali, parametri prestazionali, dimensionamento. Invertitori di spinta.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Gli appunti presi durante le lezioni ed il materiale fornito in aula sono sufficienti per la preparazione dell’esame. I libri sotto indicati sono suggeriti come testi di appoggio ed approfondimento.

• J. D. Anderson, “Introduction to Flight, Sixth Edition”, McGraw-Hill, 2008
• S.  Farokhi, “Aircraft Propulsion”, John Wiley & Sons, 2008
• N. Cumpsty, “Jet Propulsion”, Cambridge University Press, 1997
• R. D. Flack, “Fundamentals of Jet Propulsion with Applications”, Cambridge University Press, 2005