Scheda programma d'esame
AEROELASTICITA' APPLICATA
VITTORIO CIPOLLA
Anno accademico2018/19
CdSINGEGNERIA AEROSPAZIALE
Codice457II
CFU6
PeriodoSecondo semestre

ModuliSettoreTipoOreDocente/i
AEROELASTICITA' APPLICATAING-IND/06LEZIONI60
VITTORIO CIPOLLA unimap
Learning outcomes
Knowledge

The course aims at giving the main elements of Aeroelasticity to the students of the last year.

The students, at the end of the course, could be able of realize if aeroelastic problems could be present in the design of an aircraft use appropriate tools to solve the aeroelastic problems of aircraft.

Aeroelastic problems could be also present in different fields of Engineering and the students have the skull to face these problems successfully.

Assessment criteria of knowledge

The course allows the students to collect together in a single framework many notions regarding different disciplines such as Structures, aerodynamics, Flight Mechanics, Controls.

All these disciplines are rivisited in the condition of a deformable lifting system where the deformations influence the external forces, contrary to most disciplines in Engineering.

Teaching methods

Delivery: face to face

Attendance: Not mandatory

Learning activities:

  • attending lectures
  • participation in seminar
  • preparation of oral/written report

Teaching methods:

  • Lectures
  • Seminar
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Introduzione:

  • Cenni storici sui fenomeni aeroelastici, definizione di aeroelasticità e spiegazione del triangolo di Collar, panoramica sui fenomeni aeroelastici statici e dinamici.
  • Descrizione qualitativa dei fenomeni di ridistribuzione dei carichi, divergenza torsionale, effetti su efficacia dei comandi, inversione dei comandi, flutter, buffeting, risposta dinamica, stabilità dei velivoli.
  • Nozioni su coefficienti di influenza: definizione, proprietà, metodi di calcolo per a strutture alari
  • Richiami di dinamica: modello di oscillatore semplice e modello continuo di trave soggetta a flessione e torsione.

 

Modello di sezione alare tipica:

  • Introduzione, problema della divergenza torsionale, efficacia e inversione dell’alettone

 

Modello di ala diritta ad elevato allungamento:

  • Introduzione
  • Problema della divergenza torsionale
    • Soluzioni analitiche dalla teoria della striscia, Soluzioni algebriche con la teoria della striscia, Soluzioni algebriche con la teoria della linea portante, Soluzioni dalla teoria della striscia con correzione del CLα
    • Esempio di calcolo della velocità di divergenza con varie teorie aerodinamiche, Esempi di soluzioni con metodi energetici, Sistema ala-fusoliera in condizioni di volo
  • Effetti aeroelastici sulla distribuzione simmetrica di portanza: introduzione, soluzioni in forma chiusa, soluzioni in forma matriciale
  • Effetti aeroelastici sulla distribuzione antisimmetrica di portanza: introduzione, soluzioni in forma chiusa, soluzioni in forma matriciale, soluzioni approssimate in forma integrale
  • Effetti aeroelastici sulla distribuzione dei carichi: metodi energetici


Modello di ala a freccia:

  • Introduzione qualitativa sull'aeroelasticità statica delle ali a freccia
  • Definizione del modello flesso-torsionale, equazioni di equilibrio flesso-torsionali differenziali e integrali nei diversi sistemi di riferimento
  • Divergenza: soluzioni analitiche, soluzioni matriciali, metodi energetici
  • Effetti aeroelastici sulla distribuzione simmetrica di portanza: introduzione, soluzioni in forma chiusa, soluzioni matriciali, esempio di calcolo per un'ala a freccia
  • Effetti aeroelastici sulla distribuzione antisimmetrica di portanza: introduzione, soluzioni matriciali, esempio di calcolo per un'ala a freccia
  • Esempi di ali vincolate elasticamente alla fusoliera: problema della divergenza e dell'efficacia dell'alettone
  • Effetti aeroelastici sulla meccanica del volo: Efficacia dei piani di coda ed elevatore, Effetti sulla stabilità statica longitudinale
  • Effetti aeroelastici sulla meccanica del volo: Esempi su modello di velivolo completo

 

Il Flutter:

  • Introduzione all'approccio dello studio del problema di flutter flesso-torsionale. Caratteristiche della condizione di flutter come velocità critica e frequenza. Classificazione delle forze aerodinamiche come masse aggiunte, smorzamenti e rigidezze. Spiegazione del fenomeno di flutter flesso-torsionale di un’ala.
  • Modello bidimensionale a 2 gradi di libertà:
    • Impostazione dello studio della dinamica del modello di sezione alare rigida supportata elasticamente da molle di torsione e flessione. Definizione delle equazioni del flutter e del problema agli autovalori associato. Esempi di andamenti della velocità critica di flutter con i principali parametri adimensionali.
    • Definizione delle forze aerodinamiche per il caso quasi-stazionario e per il caso non stazionario.
    • Risoluzione del determinante di flutter tramite metodo di Theodorsen.
    • Introduzione dello smorzamento strutturale.
    • Definizione del problema della dinamica del sistema con forzanti armoniche e strategia per la determinazione della risposta dinamica del sistema. Analisi qualitativa della risposta in ampiezza al variare della frequenza della forzante e della velocità di volo. Esempi di andamenti di frequenze naturali e smorzamento con la velocità e identificazione della condizione di flutter.
    • Studio del problema di flutter attraverso la ricerca delle radici del determinante di flutter al variare della frequenza ridotta.
    • Metodo "U-g": definizione ed esempi
    • Determinazione sperimentale del fattore di smorzamento strutturale g.
    • Effetti della comprimibilità: introduzione della dipendenza delle forze aerodinamiche dal n. di Mach, possibili strategie di soluzione del problema di flutter (densità assegnata, k e M assegnati). Dipendenza della velocità d flutter da densità, velocità del suono e n. di Mach.
  • Analisi del flutter con metodo dei modi assunti: introduzione e definizioni, esempi per ala incastrata alla radice, ala con moto rigido di rollio, flutter flesso-torsionale di coda, ala provvista di superficie mobile.
  • Analisi del flutter con metodi numerici: introduzione,  metodo "p",  metodo "k", metodo "p-k" e metodo diretto.

 

Esercitazioni con codice NASTRAN:

  • Modellazione e definizione dei problemi aeroelastici
  • Impostazione e analisi di fenomeni di aeroelastici statici: ridistribuzione dei carichi e divergenza
  • Impostazione e analisi di fenomeni di aeroelastici dinamici: flutter
Syllabus

The course is divided in the following parts: Static Aeroelastic phenomena (torsional divergence, aeroelastic effects of the lad distribution, variation of stability of flight, aileron reversal) and dynamic aeroelastic phenomena (flutter). Some lectures on non stationary aerodynamics are given and the effects of flutter are underlined.

Bibliografia e materiale didattico
  • Dispense del docente disponibili presso la portineria del DICI, Sede di Aerospaziale (Via G. Caruso 8, Pisa)
  • Bisplinghoff, Ashley, Halfman, "Aeroelasticity", Dover Edition (1983)
Bibliography
  • Notes prepared by the professor available at the Department of Industrial and Civil Engineering,  Aerospace Section (Via G. Caruso 8, Pisa)
  • Bisplinghoff, Ashley, Halfman, "Aeroelasticity", Dover Edition (1983)

 

Modalità d'esame

Esame Orale

Assessment methods

Oral exam:

  • The exam consists into the written solution of an aeroelastic problem with the aim of evaluating the maturity of the candidate.
  • During the exam some questions are asked to the students regarding details of the course.
  • The duration of the exam is about three hours and any book or publication can be used by the candidates.
Ultimo aggiornamento 13/06/2019 17:46