A Nome: Cognome: Facoltá di Ingegneria, Universitá di Roma La Sapienza Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Corso di MECCANICA DEL VOLO

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1 Facoltá di Ingegneria, Universitá di Roma La Sapienza Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Corso di MECCANICA DEL VOLO A Nome: Cognome: Scrivere la risposta (A, B, C o D) a sinistra del simbolo circolare La quota di tangenza per un velivolo a getto A) aumenta con la quota di ristabilimento e l allungamento. B) dipende direttamente dalla velocitá massima. C) diminuisce all aumentare dell allungamento e della spinta al suolo. D) nessuna Durante una manovra nel volo librato A) non puó mai aversi un incremento di quota B) non puó mai aversi un incremento di velocitá C) non puó mai aversi un incremento di energia meccanica D) nessuna delle precedenti risposte é corretta Il vantaggio dei profili laminari rispetto a quelli convenzionali consiste in A) un incremento della velocitá massima se il corrispondente angolo di incidenza appartiene all insieme dell intervallo di laminaritá dei profili. B) un incremento della velocitá massima in ogni caso. C) un incremento di tutte le prestazioni di manovra. D) un incremento delle prestazioni di salita ad elevato angolo di incidenza. Per un elica di aeromodello del diametro di 20 cm, indicare quali fra i seguenti valori rappresenta un numero di giri possibile A) RPM B) 2500 RPM C) 250 RPM D) 25 RPM Quale fra le seguenti espressioni, con k parametro adimensionale, puó ragionevolmente rappresentare la potenza assorbita da un elica in presenza di una gondola motrice di lunghezza l e dimensione trasversale t A ) kρn 3 D 5 (l/t) k B) kρn 2 D 3 (l/t) C) k log k ρn 2 D 4 (l/t) D) kρn 2 D 5 (l/t) Durante un volo spaziale con cambiamento del piano orbitale, il propellente consumato A ) diminuisce sempre all aumentare dell angolo di inclinazione orbitale B) ha un andamento non monotono rispetto all angolo di inclinazione orbitale C) dipende dall efficienza massima del veicolo D) aumenta all aumentare dell inclinazione orbitale Il massimo tempo di volo nel volo librato rettilineo A ) si ha per C Lmax. B) si ha per C F max. C) si ha per E max. D) nessuna Nel volo spaziale, il carattere ellittico, parabolico, iperbolico di un orbita dipendono A ) dalla sola velocitá iniziale B) dal momento angolare che si conserva durante il moto C) dalle condizioni iniziali del problema, cioé dai valori iniziali di posizione e velocitá, oppune dall enorgia meccanica iniziale D) nessuna delle precedenti risposte é corretta. La velocitá di stallo in discesa A ) é minore della velocitá di stallo nel volo orizzontale B) é maggiore della velocitá di stallo nel volo orizzontale C) é esattamente uguale alla velocitá di stallo nel volo orizzontale D) é maggiore della velocitá di stallo nel volo in salita

2 A DOMANDA TEORICA Un veicolo spaziale é in orbita ellittica intorno alla terra con raggi di apogeo e perigeo di r a e r p, rispettivamente. Determinare (Dimostrare) le espressioni delle velocitá di apogeo e perigeo. All apogeo il veicolo esegue un trasferimento orbitale che lo immette su traiettoria coplanare circolare. Calcolare (Dimostrare) l incremento di velocitá in r a, V, nonché il corrispondente consumo di propellente. ESERCIZIO Il Nakajima Ki-43, Oscar era un monomotore a giri costanti, ala bassa, di cui sono noti i seguenti dati Apertura alare b = m Superficie alare S = 21.4 m 2 Peso totale W = 2590 Kg p Fattore di carico massimo strutturale 6.0 Coefficiente di resistenza a portanza nulla C D0 = 0.02 Coefficiente di portanza massimo C Lmax = 1.6 Motore: Nakajima Ha 115 da 800 kw Si svolga l esercizio assumendo con ragionevole criterio i dati mancanti. Partendo dalle equazioni del moto scritte per le corrispondenti fasi di volo, si calcolino al suolo, le seguenti prestazioni: Corner speed e corrispondente Ḣ a grado di ammissione unitario. Velocitá di stallo, Velocitá massima e massima efficienza. Tabella e grafico del rateo di salita in funzione della velocitá (sugg. si prendano i soliti assetti caratteristici C Lmax, Π min, E max, (T/V ) min, V max ) e si individui il massimo di RC. Tabella e grafico del fattore di carico in funzione della velocitá per manovra a velocitá e quota costanti (soliti assetti caratteristici) e si individui il massimo di n. Tabella e grafico del rateo di virata in funzione della velocitá per una virata con sbandamento corretta a velocitá e quota costanti (soliti assetti caratteristici)e si individui il massimo di ψ.

3 Facoltá di Ingegneria, Universitá di Roma La Sapienza Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Corso di MECCANICA DEL VOLO B Nome: Cognome: Scrivere la risposta (A, B, C o D) a sinistra del simbolo circolare Quale fra le seguenti espressioni, con k parametro adimensionale, puó ragionevolmente rappresentare la potenza assorbita da un elica in presenza di una gondola motrice di lunghezza l e dimensione trasversale t A ) kρn 3 D 5 (l/t) k B) kρn 2 D 3 (l/t) C) k log k ρn 2 D 4 (l/t) D) kρn 2 D 5 (l/t) Durante il rientro A ) l energia cinetica del veicolo é trasformata in calore B) la sollecitazione termica é costante durante il moto C) la sollecitazione meccanica é costante durante il moto D) le sollecitazioni termica e meccanica sono integrali del moto Il massimo tempo di volo nel volo librato rettilineo A ) si ha per C Lmax. B) si ha per C F max. C) si ha per E max. D) nessuna L efficienza massima di un veicolo spaziale A ) é maggiore di quella di un velivolo atmosferico B) é minore di quella di un velivolo atmosferico C) é uguale a quella di un velivolo atmosferico D) nessuna La velocitá di stallo in discesa A ) é minore della velocitá di stallo nel volo orizzontale B) é maggiore della velocitá di stallo nel volo orizzontale C) é esattamente uguale alla velocitá di stallo nel volo orizzontale D) é maggiore della velocitá di stallo nel volo in salita La quota di tangenza per una motoelica A) aumenta con la quota di ristabilimento e l allungamento. B) dipende direttamente dalla velocitá massima. C) diminuisce all aumentare dell allungamento e la potenza al suolo. D) é sempre minore della quota di ristabilimento. Durante una manovra nel volo librato A) non puó mai aversi un incremento di quota B) non puó mai aversi un incremento di velocitá C) non puó mai aversi un incremento di energia meccanica D) nessuna delle precedenti risposte é corretta L impiego dei profili laminari, determina rispetto a una situazione con profili convenzionali A) un incremento della velocitá massima per ogni quota. B) un incremento della velocitá massima solo al di sopra della quota di ristabilimento. C) un incremento della velocitá massima solo al di sotto della quota di ristabilimento. D) nessuna Per un elica di aeromodello del diametro di 20 cm, indicare quali fra i seguenti valori rappresenta un numero di giri possibile A) RPM B) 2500 RPM C) 250 RPM D) 25 RPM

4 B DOMANDA TEORICA Un veicolo spaziale é in orbita ellittica intorno alla terra con raggi di apogeo e perigeo di r a e r p, rispettivamente. Determinare le espressioni delle velocitá di apogeo e perigeo. Al perigeo il veicolo esegue un trasferimento orbitale che lo immette su traiettoria coplanare iperbolica con velocitá asintotica V. Determinare l espressione del V necessario e del corrispondente consumo di propellente. ESERCIZIO Il Mikoyan Gurevic MIG 1 era un monomotore a giri costanti, ala bassa, la cui scheda tecnica sommaria é di seguito riportata Peso W = 3100 kg p Apertura alare b = m Superficie alare S = 17.60m 2 Motore: Mikulin AM 5 da Π e =895 h = h r Quota di ristabilimento motore h r = 7000 m (δ = 0.48) Velocitá massima V max = 630 h = h r Si svolga l esercizio assumendo con ragionevole criterio i dati mancanti. In base alla massima velocitá si stimi la polare aerodinamica. A partire dalle equazioni del moto scritte per le corrispondenti fasi di volo, si calcolino al suolo le seguenti prestazioni, Velocitá massima. Velocitá di stallo stimata. Tabella e grafico del rateo di salita in funzione della velocitá (sugg. si prendano i soliti assetti caratteristici C Lmax, Π min, E max, (T/V ) min, V max ) e si individui il massimo di RC. Tabella e grafico del fattore di carico in funzione della velocitá per manovra a velocitá e quota costanti (soliti assetti caratteristici) e si individui il massimo di n. Tabella e grafico del rateo di virata in funzione della velocitá per manovra a velocitá e quota costanti (soliti assetti caratteristici) e si individui il ψ max.

5 Facoltá di Ingegneria, Universitá di Roma La Sapienza Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Corso di MECCANICA DEL VOLO C Nome: Cognome: Scrivere la risposta (A, B, C o D) a sinistra del simbolo circolare Il massimo tempo di volo nel volo librato rettilineo A ) si ha per C Lmax. B) si ha per C F max. C) si ha per E max. D) nessuna L efficienza massima di un veicolo spaziale A ) é maggiore di quella di un velivolo atmosferico B) é minore di quella di un velivolo atmosferico C) é uguale a quella di un velivolo atmosferico D) nessuna La velocitá di stallo in discesa A ) é minore della velocitá di stallo nel volo orizzontale B) é maggiore della velocitá di stallo nel volo orizzontale C) é esattamente uguale alla velocitá di stallo nel volo orizzontale D) é maggiore della velocitá di stallo nel volo in salita La quota di tangenza per una motoelica A) aumenta con la quota di ristabilimento e l allungamento. B) dipende direttamente dalla velocitá massima. C) diminuisce all aumentare dell allungamento e la potenza al suolo. D) é sempre minore della quota di ristabilimento. Quale fra le seguenti espressioni, con k parametro adimensionale, puó ragionevolmente rappresentare la potenza assorbita da un elica in presenza di una gondola motrice di lunghezza l e dimensione trasversale t A ) kρn 3 D 5 (l/t) k B) kρn 2 D 3 (l/t) C) k log k ρn 2 D 4 (l/t) D) kρn 2 D 5 (l/t) Durante il rientro A ) l energia cinetica del veicolo é trasformata in calore B) la sollecitazione termica é costante durante il moto C) la sollecitazione meccanica é costante durante il moto D) le sollecitazioni termica e meccanica sono integrali del moto Per un elica di aeromodello del diametro di 20 cm, indicare quali fra i seguenti valori rappresenta un numero di giri possibile A) RPM B) 2500 RPM C) 250 RPM D) 25 RPM Durante una manovra nel volo librato A) non puó mai aversi un incremento di quota B) non puó mai aversi un incremento di velocitá C) non puó mai aversi un incremento di energia meccanica D) nessuna delle precedenti risposte é corretta L impiego dei profili laminari, determina rispetto a una situazione con profili convenzionali A) un incremento della velocitá massima per ogni quota. B) un incremento della velocitá massima solo al di sopra della quota di ristabilimento. C) un incremento della velocitá massima solo al di sotto della quota di ristabilimento. D) nessuna

6 C DOMANDA TEORICA Si consideri un veicolo in orbita di parcheggio a quota assegnata dalla Terra. Calcolare il numero di rivoluzioni al giorno che il veicolo compie. Successivamente il veicolo esegue una manovra di Hohmann che porta la navicella alla quota geostazionaria, su unorbita complanare, calcolare gli impulsi di ogni singolo sparo, nonché il periodo della nuova orbita. ESERCIZIO Di una motoelica a giri costanti da diporto, configurazione ala alta, si ha la seguente scheda tecnica Peso totale W = 1100 kg p Potenza massima Π e 150 kw Consumo specifico = 0.2 kg p /kw h Efficienza massima E max = 12 Allungamento A = 5.7 C Lmax = 1.5 (Configurazione pulita) Partendo dalle equazioni del moto scritte per le corrispondenti fasi di volo, si calcolino al suolo, a grado di ammissione unitario, le seguenti prestazioni: Velocitá massima. Velocitá di stallo. Consumo chilometrico alla massima efficienza. Tabella e grafico del rateo di salita in funzione della velocitá (si prendano i soliti assetti caratteristici (sugg. si prendano i soliti assetti caratteristici C Lmax, Π min, E max, (T/V ) min, V max ) e si individui il massimo di RC. Tabella e grafico del fattore di carico in funzione della velocitá per manovra a velocitá e quota costanti (soliti assetti caratteristici) e si individui il massimo di n. Tabella e grafico del rateo di virata in funzione della velocitá per manovra a velocitá e quota costanti (soliti assetti caratteristici)e si individui il massimo di ψ.

7 Facoltá di Ingegneria, Universitá di Roma La Sapienza Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Corso di MECCANICA DEL VOLO D Nome: Cognome: Scrivere la risposta (A, B, C o D) a sinistra del simbolo circolare Il massimo tempo di volo nel volo librato rettilineo A ) si ha per C Lmax. B) si ha per C F max. C) si ha per E max. D) nessuna L efficienza massima di un veicolo spaziale A ) é maggiore di quella di un velivolo atmosferico B) é minore di quella di un velivolo atmosferico C) é uguale a quella di un velivolo atmosferico D) nessuna La velocitá di stallo in discesa A ) é minore della velocitá di stallo nel volo orizzontale B) é maggiore della velocitá di stallo nel volo orizzontale C) é esattamente uguale alla velocitá di stallo nel volo orizzontale D) é maggiore della velocitá di stallo nel volo in salita La quota di tangenza per una motoelica A) aumenta con la quota di ristabilimento e l allungamento. B) dipende direttamente dalla velocitá massima. C) diminuisce all aumentare dell allungamento e la potenza al suolo. D) é sempre minore della quota di ristabilimento. Quale fra le seguenti espressioni, con k parametro adimensionale, puó ragionevolmente rappresentare la potenza assorbita da un elica in presenza di una gondola motrice di lunghezza l e dimensione trasversale t A ) kρn 3 D 5 (l/t) k B) kρn 2 D 3 (l/t) C) k log k ρn 2 D 4 (l/t) D) kρn 2 D 5 (l/t) Durante il rientro A ) l energia cinetica del veicolo é trasformata in calore B) la sollecitazione termica é costante durante il moto C) la sollecitazione meccanica é costante durante il moto D) le sollecitazioni termica e meccanica sono integrali del moto Per un elica di aeromodello del diametro di 20 cm, indicare quali fra i seguenti valori rappresenta un numero di giri possibile A) RPM B) 2500 RPM C) 250 RPM D) 25 RPM Durante una manovra nel volo librato A) non puó mai aversi un incremento di quota B) non puó mai aversi un incremento di velocitá C) non puó mai aversi un incremento di energia meccanica D) nessuna delle precedenti risposte é corretta L impiego dei profili laminari, determina rispetto a una situazione con profili convenzionali A) un incremento della velocitá massima per ogni quota. B) un incremento della velocitá massima solo al di sopra della quota di ristabilimento. C) un incremento della velocitá massima solo al di sotto della quota di ristabilimento. D) nessuna

8 D DOMANDA TEORICA Considerata una navicella spaziale in orbita circolare intorno alla Terra ad altezza H. Determinare il periodo orbitale e calcolare la velocit ed il consumo di propellente per immettere il veicolo su una traiettoria iperbolica con velocitá asintotica assegnata. ESERCIZIO Il Canadair CL-215 é un bimotore antincendio, motoelica a giri costanti, ala alta le cui caratteristiche sono date nella seguente scheda tecnica Peso totale W = kg p Superficie alare S = m 2 Apertura alare b = 28.6 m Velocitá massima al suolo 290 km/h Potenza massima motori al suolo = kw Consumo specifico = 0.2 kg p /kw h Si svolga l esercizio assumendo con ragionevole criterio i dati mancanti. In base alla massima velocitá si stimi la polare aerodinamica. A partire dalle equazioni del moto scritte per le corrispondenti fasi di volo, si calcolino al suolo le seguenti prestazioni, Consumo di combustibile per chilometro alla massima efficienza. Velocitá di stallo stimata in configurazione pulita. Tabella e grafico del rateo di salita in funzione della velocitá (sugg. si prendano i soliti assetti caratteristici C Lmax, Π min, E max, (T/V ) min, V max ) e si individui il massimo di RC. Tabella e grafico del fattore di carico in funzione della velocitá per manovra a velocitá e quota costanti (soliti assetti caratteristici) e si individui il massimo di n. Tabella e grafico del rateo di virata in funzione della velocitá per manovra a velocitá e quota costanti (soliti assetti caratteristici) e si individui il ψ max.

9 ESERCIZIO Il Canadair CL-215 é un bimotore antincendio, motoelica a giri costanti, ala alta le cui caratteristiche sono date nella seguente scheda tecnica Peso totale W = kg p Superficie alare S = m 2 Apertura alare b = 28.6 m Velocitá massima al suolo 290 km/h Potenza massima motori al suolo = kw Consumo specifico = 0.2 kg p /kw h In base alla massima velocitá si stimi la polare aerodinamica. Si svolga l esercizio assumendo con ragionevole criterio i dati mancanti e supponendo ρ = 1,225 kg/m 3. L aeromobile, per il peso totale indicato in tabella, trasporta 5000 kg p di acqua ed esegue una discesa rettilinea uniforme all assetto di massima efficienza con angolo di rampa pari a -3 o per una variazione di quota pari a 400 m. Scrivere le equazioni del moto corrispondenti e calcolare velocitá di volo, grado di ammissione e stimare tempo di volo, spazio percorso in orizzontale e il combustibile consumato. A fine discesa l aeromobile sgancia i 5000 kg p di acqua e il pilota mantiene angolo d attacco e grado di ammissione inalterati. Il cambiamento del peso determina una perturbazione nel moto dell aeromobile. Scrivere le equazioni del moto e calcolare fattore di carico e raggio della traiettoria immediatamente dopo lo sgancio dell acqua tenuto conto che la velocitá é pressocché uguale a quella precedente. Tale perturbazione, una volta esaurita, pone l aeromobile su una traiettoria rettilinea per una variazione assoluta di quota di 600 m. Scrivere le equazioni del moto e determinare per quest ultima fase, velocitá, angolo di rampa, tempo di volo e combustibile consumato. Successivamente il pilota esegue una manovra nel piano verticale della durata di 10s che porta il velivolo ad assumere un angolo di rampa nullo. Assumendo una velocitá pari a quella della fase precedente, calcolare il coefficiente di portanza e il fattore di carico. Il velivolo si trova di conseguenza su una traiettoria orizzontale rettilinea a velocitá costante pari a quella precedente. Scrivere le equazioni del moto e calcolare coefficiente di portanza e grado di ammissione, nonché il consumo chilometrico.

10 ESERCIZIO Svolgere l esercizio assumendo ρ = 1.1kg/m 3 Un velivolo a getto di caratteristiche Peso W = kg p Spinta massima propulsori T = 3500 kg p TSFC = 0.5 N / N h Apertura alare b = 20 m Allungamento alare A = 8 fattore di Oswald e = 0.7 C D0 = 0.02 esegue una virata corretta alla massima efficienza aerodinamica e grado di ammissione unitario, per una variazione di rotta di 180 o. Scrivere le corrispondenti equazioni del moto e calcolare velocitá di volo, fattore di carico, angolo di rollio, rateo di virata, raggio di virata, nonché il tempo impiegato e il combustibile consumato. Successivamente l angolo di rollio é portato a zero tramite una manovra -supposta istantanea- di rotazione, mentre la velocitá e il grado di ammissione rimangono inalterati. Quindi il velivolo si pone in volo in salita per un dislivello di 400 m. Scrivere le corrispondenti equazioni del moto e calcolare coefficiente di portanza, rateo di salita, l angolo di rampa e il tempo impiegato per la salita, nonché il combustibile consumato. Poi l aeromobile esegue una manovra di nose-down che porta l angolo di rampa a zero in un tempo di 5 s. Scrivere le corrispondenti equazioni del moto e calcolare il coefficiente di portanza, il fattore di carico, tenuto conto che la velocitá si mantiene costante.