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.
1) Obiettivo generale: fornire le nozioni di base per la comprensione del funzionamento e della progettazione aerodinamica dei principali moduli di un motore aeronautico basato su turbina a gas. Approfondimenti su alcuni aspetti specifici.
2) Conoscenze erogate:
Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica:
cc2: 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,
cc4: 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.,
cc5: 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).
3) Capacità di applicazione:
Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica
ca1: 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.,
ca2: Applicare la propria conoscenza in campo termofluidodinamico e macchinistico per risolvere problemi di termodinamica teorica ed applicata, fluidodinamica e scambio termico,
ca4: realizzare la progettazione termofluidodinamica dei componenti, a partire dagli aspetti base (0D) fino all’implementazione CFD
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, turbomacchine, gasdinamica
Metodi Didattici
L’insegnamento si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali con l'ausilio di dispense fornite dal docente. E’ 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) 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 (CC2-B068, CC5-B068) per impostare analisi adeguate al fine di ottenere gli elementi necessari per comprendere il comportamento dei componenti e ricavare informazioni per migliorarne le prestazioni (CA4-B068) e formulare soluzioni adeguate (CA2-B068, CA4-B068).
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.