Insegnamento mutuato da: B019235 - AERODINAMICA DELLE TURBINE A GAS AERONAUTICHE Laurea Magistrale in INGEGNERIA ENERGETICA Curriculum MACCHINE
Lingua Insegnamento
italiano, inglese
Contenuto del corso
Architettura dei motori per aeronautica civile
Transizione dello strato limite nelle turbomacchine
Emissioni acustiche dei motori aeronautici
Stallo e pompaggio nei compressori assiali
Aerodinamica dei fan aeronautici.
Obiettivo generale: L'aviazione civile ha un ruolo fondamentale nella società attuale. Le strategie di sviluppo dei motori aeronautici della prossima generazione devono affrontare la sfida della crescita sostenibile del traffico aereo, cercando di aumentare le prestazioni e diminuendo al contempo l'impronta ambientale e il riscaldamento globale con una progressiva decarbonizzazione.
Fornire le basi per la comprensione del funzionamento e della progettazione aerodinamica dei principali moduli di un motore aeronautico basato su turbina a gas. Tendenze di ricerca per lo sviluppo dell'aviazione civile;
2) Conoscenze erogate:
Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica:
CC2B068: Strumenti per la modellazione dei sistemi energetici/meccanici/propulsivi e loro ruolo a supporto dell’analisi e progettazione di sistemi e componenti. La comprensione dell’organizzazione dell’informazione in basi di dati e della progettazione informatica a supporto dei processi,
CC4B068: Approfondimenti di termodinamica applicata, termoeconomia, sostenibilità ambientale degli impianti, macchine, componenti e sistemi per la produzione e conversione dell’energia. Metodologie per l’individuazione delle inefficienze termodinamiche ed economiche dei sistemi energetici e dei componenti. Sostenibilità ambientale ed economica.,
CC5B068: Fluidodinamica applicata e macchine: componenti di macchine e sistemi di conversione dell’energia, propulsivi e principi di progettazione: dall’approccio 0D base alla CFD per la progettazione avanzata (ottimizzazione).
Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica:
CC1B071: La conoscenza approfondita degli aspetti teorico-scientifici dell'ingegneria, sia in generale sia in modo approfondito relativamente a quelli dell'ingegneria meccanica, nella quale sono capaci di identificare, formulare e risolvere, anche in modo innovativo, problemi complessi o che richiedono un approccio interdisciplinare. La capacità di comprendere un contesto multidisciplinare in ambito ingegneristico e di operare in ottica problem solving.
CC2B071: La conoscenza approfondita degli aspetti teorico-scientifici della matematica e delle altre scienze di base ed essere capaci di utilizzare tale conoscenza per interpretare e descrivere i problemi dell'ingegneria complessi o che richiedono un approccio interdisciplinare.
CC4B071: La conoscenza dei metodi numerici per la progettazione e verifica di componenti e/o sistemi meccanici, comprensivi dei modelli numerici per la corretta rappresentazione del comportamento dei materiali. La conoscenza delle tipologie di analisi necessarie per eseguire la suddetta attività di progettazione e verifica secondo i più recenti requisiti del mondo industriale.
3) Capacità di applicazione:
Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica
CA1B068: Analisi e modellazione di componenti e sistemi meccanici/elettrici/propulsivi: problemi e modelli alla base dell'ingegneria industriale, con particolare riferimento all'ingegneria meccanica ed energetica.,
CA2B068: Applicare la propria conoscenza in campo termofluidodinamico e macchinistico per risolvere problemi di termodinamica teorica ed applicata, fluidodinamica e scambio termico,
CA4B068: realizzare la progettazione termofluidodinamica dei componenti, a partire dagli aspetti base (0D) fino all’implementazione CFD
Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica
CA2B071: La capacità di applicare la propria conoscenza e la propria comprensione per analizzare e ottimizzare apparati e sistemi meccanici, nonché di innovare i medesimi anche attraverso lo sviluppo ed il miglioramento dei metodi di progettazione, confrontandosi con continuità con la rapida evoluzione propria dell’ambito dell’ingegneria meccanica.
CA4B071: La capacità di realizzare progetti ingegneristici adeguati al loro livello di conoscenza e di comprensione, lavorando in collaborazione con ingegneri e non ingegneri. I progetti possono riguardare componenti, apparati e sistemi meccanici di vario genere e per le più ampie applicazioni.
CA5B071: La capacità approfondita di scegliere e utilizzare attrezzature, strumenti, procedure e metodi appropriati, conoscendone i limiti e le potenzialità; in particolare la capacità di condurre esperimenti anche complessi, gestire ed impiegare strumentazione e software avanzati, con capacità di analisi adeguata.
CA12B071: La capacità adeguata di comprensione delle fonti in lingua inglese.
4) Competenze trasversali:
CT3 Sviluppo di una espressione e discussione tecnica adeguata di proprie argomentazioni
CT4 Rappresentazione e comunicazione grafica (redazione di schemi, grafici e tabelle)
Prerequisiti
Fluidodinamica, Macchine a fluido.
Metodi Didattici
L’insegnamento si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali con l'ausilio di dispense fornite dal docente. È fortemente consigliata la frequenza perché gli argomenti trattati e discussi in aula possono essere assimilati più facilmente e sono gli unici richiesti per il superamento della prova finale.
Altre Informazioni
Consultare il sito ufficiale dell'insegnamento sulla piattaforma MOODLE, per l'accesso chiedere informazioni al docente. https://e-l.unifi.it/
Modalità di verifica apprendimento
1) La valutazione dello studente prevede una prova finale di tipo orale.
2) Lo studente dovrà dimostrare di saper rispondere a domande teoriche e di avere capacità di interpretare i risultati su problematiche progettuali e di analisi delle prestazioni dei componenti trattati nel corso. Lo studente dovrà dimostrare di avere acquisito un linguaggio tecnico adeguato (CT2 / CA12B071) e di saper comunicare ed esporre i propri argomenti anche attraverso l'uso di grafici e schemi (CT3).
3) Lo studente deve dimostrare di aver acquisito un'adeguata conoscenza degli strumenti per la modellazione a disposizione del progettista (CC2B068, CC5B068 / CC1B071, CC2B071, CC4B071) per impostare analisi adeguate (CA1B068 / CA5B071) al fine di ottenere gli elementi necessari per comprendere il comportamento dei componenti e ricavare informazioni per migliorarne le prestazioni (CC4B068) e formulare soluzioni adeguate (CA2B068, CA4B068 / CA2B071).
Programma del corso
AERONAUTICA CIVILE:
· Introduzione ai temi strategici dell’aeronautica civile, obiettivi ACARE (“vision 2020” e “Flightpath 2050”), efficienza di propulsione, consumo specifico di combustibile, rapporto di bypass.
· Architettura dei moderni motori turbo fan (turbo fan ad azionamento diretto, turbo fan con riduttore, turbo fan intubato contro-rotante), fan non intubato con eliche singole e eliche contro-rotanti.
· Confronto delle prestazioni ottenibili con un turbo fan ad azionamento diretto ed un turbo fan con riduttore.
TRANSIZIONE DELLO STRATO LIMITE:
· Modalità di transizione:
- transizione naturale, teoria della stabilità lineare e metodi e^N ;
- transizione bypass, concetto di intermittenza, fattori che influenzano la transizione nelle turbomacchine, ricettività dello strato limite;
- transizione per separazione dello strato limite, struttura e classificazione delle bolle di separazione;
· Modellistica della transizione: correlazioni per transizione bypass e per transizione per separazione.
· Transizione nelle turbine aeronautiche di bassa pressione, profili a diffusione controllata, profili high-lift ed ultra-high-lift, transizione indotta dalla scia, interazione multi-schiera.
· Dispositivi passivi ed attivi per il controllo dello strato limite.
EMISSIONI ACUSTICHE:
· Sorgenti acustiche nel motore aeronautico, tipologie di rumore
· Generazione e propagazione del rumore, cenni alle tecniche di abbattimento del rumore
AEROMECCANICA:
Problematiche connesse alle vibrazioni
Principali fenomeni aeromeccanici
Tecniche per la riduzione delle vibrazioni
STALLO E POMPAGGIO:
· Stallo rotante e pompaggio nei compressori assiali
· Margine di stallo, parametri influenti sulla stabilità
Instabilità statica e dinamica
Modalità di innesco dello stallo (mode, spike)
· Trattamenti anti-stallo
AERODINAMICA DEI FAN:
· Aerodinamica dei compressori assiali con flusso supersonico in ingresso, flusso non-innescato ed innescato
· Evoluzione dell’aerodinamica dei fan, progettazione aerodinamica.
· Turbofan, fan non intubati, prop-fan, fan contro-rotanti, fan ad azionamento diretto e con riduttore, fan per applicazioni militari
- Aeronautica sostenibile: la sfida della crescita ad emissioni nette nulle di CO2, innovazione digitale, combustibili aeronautici sostenibili, idrogeno, motori ibridi-elettrici, propulsione distribuita, ingestione dello strato limite.