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Il Forum degli Studenti di Ingegneria Aerospaziale della Federico II

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lunedì 18 agosto 2008

Esercizio di Meccanica del Volo dell'Elicottero

Pubblico due fogli di calcolo Excel che hanno come oggetto il calcolo delle prestazioni in hover di un generico elicottero le cui caratteristiche principali sono riassunte nelle celle verdi. In particolare la prima cartella Excel segue passo passo la procedura di calcolo dei parametri aerodinamici, dei carichi e della potenza richiesta come riportato su "Di Giorgio - Teoria del Volo dell'Elicottero - Aracne" alle pagg. 63-67, più qualche approfondimento sull'effetto suolo, sulla scia elicoidale secondo il modello di Landgrebe, sulla polare in hover e sulla variazione di altri parametri; si consulti anche "Seddon - Basic Helycopter Aerodynamics".
La seconda cartella Excel segue esclusivamente la procedura riportata da Di Giorgio, solo che è stata adattata ad un elicottero CH-47 Chinook, che ha due rotori in tandem.

Non sono riportate le formule usate, essendo l'esercizio sviluppato completamente in Excel. Chi è semplicemente curioso consulti i dati ed i risultati, chi è un corsista di Meccanica del Volo dell'Elicottero consulti anche i due testi sopra citati.

Naturalmente vi possono essere errori, soprattutto nella parte degli approfondimenti, per cui occhio! Essendo il corso da soli 3 crediti si è trattato di una serie di lezioni sull'aerodinamica del rotore e l'esame l'ho svolto ad inizio Luglio per cui... potrei non essere in grado di aiutarvi se mi fate domande...

Buon divertimento!

martedì 22 gennaio 2008

Costruzioni Aeronautiche

Finalmente un attimo di tregua con gli esami! Ne approfitto per pubblicare la traccia dell'esame di Costruzioni Aeronautiche del 18 Gennaio; nell'elenco Elaborati (barra laterale, a destra) ne trovate un paio su piastre sottili e collasso di un pannello irrigidito; non ne ho a disposizione altri, mi spiace. STUDIATE!!!

domenica 15 luglio 2007

Esame Strutture Aerospaziali I

Un altro po' di tempo libero dedicato a Voi, lettori e studenti; ecco la traccia dello scritto di Strutture I:


è una trave 1 volta iperstatica con un carico costante applicato su tutta la sua lunghezza; l'incastro ha un cedimento angolare anelastico, il pendolo è sottoposto ad una variazione termica uniforme; si chiede:
  • di risolvere la trave con il metodo delle forze, ignorando la deformazione elastica del pendolo
  • di tracciare i diagrammi del momento M e del taglio T
  • di dimensionare la sezione (esprimendo lo spessore ammissibile "delta" in numero intero di mm), ignorando il taglio, supponendo una "sigma" ammissibile di 25daN/mm^2

Lo svolgimento non è descritto, gli altri dati sono via via disponibili durante l'esercizio stesso, scaricabile qui o nella barra a lato:

parte I
parte II

Curiosità: i disegni li ho effettuati poco prima di scrivere il post con CorelDraw 12, utilissimo programma di grafica vettoriale; per sapere di cosa tratta il corso cliccare qui, oppure sul titolo del post

mercoledì 21 febbraio 2007

Messerschmitt Me-262 Schwalbe

Si consideri il primo jet a reazione da combattimento... e immaginate di volare! Ecco la relazione sul Me-262 (cliccate sul titolo del post per scaricarla) con tanto di allegato in MATLAB.


Prerequisiti: un minimo di conoscenze di Meccanica del Volo e di MATLAB. Per la Meccanica del Volo sono necessarie un minimo di Matematica (Analisi 1, ma neanche), un po' di Fisica (Meccanica del punto materiale) ed elementi di Aerodinamica. Per il MATLAB... un po' di informatica e conoscenza del linguaggio MATLAB.

Bibliografia (per la Meccanica del Volo):
Anderson, John D. Jr. - Introduction to Flight - McGraw-Hill International Edition
ISBN 007-123818-2

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%% Messerschmitt Me-262 %%

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

clear all

clc

format short g

% Aircraft data

b = 12.50 % wingspan (m)

S = 21.70 % wing area (m^2)

hw = 1.5 % wing height from ground (m)

Wg = 6400*9.8 % gross weight (N)

W = 5000*9.8 % average weight (N)

We = 3800*9.8 % empty weight (N)

cL_max = 2.0 % max lift coefficient

cDo = 0.020 % zero-lift drag coefficient

e = 0.7 % Oswald efficiency factor

AR = b^2/S % aspect ratio

Ta_max = 2*900*9.8 % max trhust available (N)

%% Mission briefing:

%% 1) Takeoff

%% 2) Climb at 6,000 meters

%% 3) Cruise

%% 4) Gliding

%% 5) Landing

%% 1) Calculation of the takeoff distance on runway

rho = 1.225 % air density at sea level

g = 9.8 % gravity acceleration

mr = 0.02 % runway friction coefficient

Vmin = sqrt(2*Wg/(rho*S*cL_max)) % stall speed

Vto = 1.2 * Vmin % takeoff speed

phi = (16*hw/b)^2/(1+(16*hw/b)^2) % coefficient due to ground effect

D = 0.5*rho*(0.7*Vto)^2*S*(cDo+phi*cL_max^2/(pi*AR*e)) % average drag

L = 0.5*rho*(0.7*Vto)^2*S*cL_max % average lift

dto = 1.44*Wg^2/(rho*S*cL_max*g*(Ta_max-D-mr*(Wg-L))) % takeoff distance

%% 2) Calculation of the max rate of climb

h = 6000 % cruise altitude

rho_h = 0.66011 % air density at 6000 meters

for i = 1:300

V(i) = i;

q(i) = rho*V(i)^2/2; % dynamic pressure

cL(i) = Wg/(q(i)*S) ; % lift coefficient

cD(i) = cDo + cL(i)^2/(pi*e*AR); % drag coefficient

Pr_zl(i) = q(i)*S*V(i)*cDo; % power due to zero-lift drag

Pr_id(i) = q(i)*S*V(i)*cL(i)^2/(pi*AR*e); % power due to induced drag

Pr(i) = Pr_zl(i) + Pr_id(i); % power required at sea level

Pa(i) = Ta_max * V(i); % MAX power available at sea level

EoP(i) = (Pa(i) - Pr(i)); % excess of power

RC(i) = (EoP(i))/Wg; % R/C = excess of power / weight

RC_mpm(i) = RC(i) * 60; % meters per minute

RC_mpm_h(i) = RC_mpm(i) * rho_h/rho; % rate of climb at 6000 meters

end

RCmax = max(EoP)/Wg % max rate of climb at sea level

RCmax_mpm = RCmax * 60

RCmax_h = RCmax * rho_h/rho % max rate of climb at 6000 meters

RCmax_h_mpm = RCmax_h * 60

plot (V,Pa, 'r.')

hold on

plot (V,Pr_zl, 'g.')

hold on

plot (V,Pr_id, 'b.')

hold on

plot (V,Pr, 'k.')

grid on

title ('Me-262 - Power required and power available at sea level')

xlabel ('Velocity (m/s)')

ylabel ('Power (W)')

axis ([0 300 0 5e6])

legend ('MAX power available', 'power due to zero-lift drag',...

'power due to induced drag', 'power required')

figure

plot (V,RC_mpm, 'g.')

hold on

plot (V,RC_mpm_h, 'b.')

grid on

title ('Me-262 - Rate of Climb')

xlabel ('Velocity (m/s)')

ylabel ('Rate of Climb (m/min)')

axis ([0 300 0 2000])

legend ('sea level', '6000 meters')

av_RC = (RCmax + RCmax_h)/2 % average rate to climb

av_RC_mpm = av_RC * 60

time = h/av_RC % approx. time to climb

%% 3) Cruise flight

Ta = 0.8 * Ta_max * rho_h/rho % cruise thrust available at 6000 meters

for i = 1:300

V(i) = (i+34)*sqrt(rho/rho_h);

q(i) = rho_h*V(i)^2/2;

Tr_zl(i) = q(i)*S*cDo; % thrust due to zero-lift drag

Tr_id(i) = W^2/(q(i)*S*pi*e*AR); % thrust due to induced drag

Tr(i) = Tr_zl(i) + Tr_id(i); % thrust required

cL(i) = W/(q(i)*S);

cD(i) = cDo + cL(i)^2/(pi*e*AR);

E(i) = cL(i)/cD(i); % aerodynamic efficiency

end

figure

plot (V,Tr_zl, '.g')

hold on

plot (V,Tr_id, '.r')

hold on

plot (V,Tr, '.k')

hold on

plot (V,Ta, '.b')

grid on

axis ([0 300 0 1.5e4])

title ('Me-262 - Thrust required curves at 6000 meters')

xlabel ('Velocity (m/s)')

ylabel ('Thrust (N)')

legend ('thrust due to zero-lift drag','thrust due to induced drag',...

'thrust required', 'thrust available')

figure

plot (V,E, '.')

grid on

axis ([0 300 0 20])

title ('Me-262 - Aerodynamic efficiency')

xlabel (' Velocity (m/s)')

ylabel ('E = cL/cD')

Tmin = min(Tr) % min thrust

Emax = max(E) % max aerodynamic efficiency

VTmin = sqrt(Tmin/(rho_h*S*cDo)) % min thrust (max efficiency) airspeed

VTmin_KPH = VTmin * 3.6

%% 4) Calculation of the max range in gliding flight

theta = atand(1/Emax) % glide angle at max efficiency

range = h * Emax % max range in gliding at 6000 meters

%% 5) Calculation of the landing distance on the grass

Vmin = sqrt(2*We/(rho*S*cL_max)) % stall speed

Vl = 1.3 * Vmin % landing speed

mg = 0.60 % grass + brake friction coefficient

D = 0.5*rho*(0.7*Vl)^2*S*(cDo+phi*cL_max^2/(pi*e*AR)) % average drag

L = 0.5*rho*(0.7*Vl)^2*S*cL_max % average lift

dl = 1.69*We^2/(g*rho*S*cL_max*(D+mg*(W-L))) % landing distance


martedì 20 febbraio 2007

Fisica Matematica - MATLAB

Aggiunte gli altri due elaborati di Fisica Matematica al mio sito host. Ho deciso tuttavia di non allegare i listati in MATLAB: la loro spiegazione richiederebbe tempo che non ho, inoltre la loro pubblicazione permetterebbe ad eventuali birbantelli di copiare il codice sano sano e di spacciarlo per proprio. Per cui, almeno per ora, niente codice MATLAB di Fisica Matematica. So che la sessione di esami è al termine, per cui tali elaborati saranno più utili per la prossima: magari allora sarò convinto a pubblicare il codice online, fatemi sapere commentando questo post.

Fra qualche tempo pubblicherò la relazione sul Messerschmitt Me-262.

Per l'apertura del terzo elaborato è necessario WinRAR: http://www.winrar.it/

sabato 17 febbraio 2007

Fisica Matematica - Elaborato 1


In figura è stata rappresentata una struttura costituita da due parti, rese solidali tra loro, sottoposta alle forze concentrate F1 ed F2, al momento M ed ai carichi distribuiti ivi indicati.

Si chiede:
  1. Di determinare il vettore Rsup equivalente alle forze agenti sulla parte superiore della struttura.
  2. Di riportare la forza Rsup nel punto M dove fisicamente essa si trasmette attraverso il vincolo.
  3. Di determinare la forza equivalente Rtot agente sulla parte inferiore della struttura caricata oltre con le forze su di essa agenti anche con la Rsup prima trovata.
  4. Di scomporre la Rtot nei due vettori: RP verticale passante per il punto P e RN applicata in N.
Dati del problema: sono personalizzati in base al numero di matricola. Si consideri come esempio la matricola n. 517/1234 (oppure 745/1234). Sia N la somma delle cifre (uguale a 5+1+7+1+2+3+4=23 nel primo caso e 26 nell’altro) e siano R7 ed R9 i resti della divisione di N per 7 e per 9 rispettivamente (nel primo esempio R7 = 2 ed R9 = 5, nell’altro è R7 =5 ed R9 = 8).

q1 = R7+1 (kN/m)
q2 = 1,4 q1
q3 = 3q2
q4 = 2q2
q5 = R5+2 (kN/m)
L = R9+1 (m)
F1 = 2q1l
F2 = 3q5l
M = 70 q1 l2

Un procedimento grafico che affianchi quello analitico è opportuno come autoverifica.

L'elaborato risolto si trova su: