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 In una generica manovra, il fattore di carico normale A) aumenta all aumentare del rateo di salita. B) diminuisce all aumentare del rateo di salita. C) non dipende dal rateo di salita. D) nessuna delle precedenti risposte é vera. La corsa di decollo A) aumenta all aumentare di C Lmax B) diminuisce soltanto all aumentare di C Lmax C) diminuisce all aumentare di C Lmax e al diminuire della quota dell aeroporto. D) dipende fortemente dall allungamento alare. E possibile eseguire una manovra con n z = -2 per C L = C Lmax? A) Si, poiché in ogni caso la condizione di sostentamento aerodinamico é soddisfatta B) Si, perché la velocitá di stallo non dipende dalla velocitá massima C) Si, perché la velocitá di stallo é sempre positiva D) No, poiché la condizione di sostentamento aerodinamico non é soddisfatta Il riduttore di giri di un elica A) ha lo scopo di ridurre opportunamente la velocitá periferica dell elica B) ha lo scopo di aumentare il rendimento del motore C) regola il grado di ammissione in modo chi il numero di giri sia costanti D) ha la funzione di compensare la riduzione di potenza con la quota. A paritá di condizioni di volo, il rateo di virata A ) cresce con l allungamento e il fattore di Oswald B) é indipendente dal fattore di Oswald e aumenta con l allungamento C) aumenta al diminuire dell allungamento e aumenta al crescere del fattore di Oswald D) é indipendente sia dall allungamento, sia dal fattore di Oswald La parte anteriore di una navetta destinata alla fase di rientro A ) é molto sottile cosi da minimizzare lo scambio termico B) é opportunamente sottile cosi da minimizzare sia lo scambio termico che la resistenza aerodinamica C) é opportunamente sottile in modo da massimizzare l efficienza aerodinamica D) nessuna delle precedenti risposte é corretta Nel velivolo a getto A ) la potenza disponibile é sensibilmente lineare con la velocitá B) la spinta disponibile ha un andamento quadratico con la velocitá C) la potenza disponibile cresce sempre con la quota D) la spinta disponibile si annulla sempre per velocitá nulla. il massimo rateo di salita per una motoelica A ) aumenta con l allungamento alare e la quota di ristabilimento h r B) é indipendente dall allungamento ma cresce con h r C) diminuisce all aumentare dell allungamento e del fattore di Oswald D) E indipendente sia dall allungamento che dalla quota di ristabilimento. Per una motoelica a giri costanti A ) la potenza disponibile cresce sempre con la quota B) la potenza disponibile si annulla con la velocitá. C) la potenza disponibile non dipende in nessun caso dalla quota D) la spinta é praticamente costante con la velocitá

2 A DOMANDA TEORICA A partire dalle equazioni del moto per una navetta orbitante intorno alla terra, dedurre gli integrali primi del moto indicando le grandezze che, durante il moto, si conservano. Dimostrare quindi che durante il moto orbitale la velocitá areolare si conserva. ESERCIZIO Il North American P-51 D Mustang é un velivolo le cui caratteristiche sono date nella seguente scheda tecnica Peso totale W = 4581 kg p Superficie alare S = m 2 Apertura alare b = m Coefficiente di resistenza minimo C D0 = fattore di Oswald e = 0.69 L aeromobile esegue, a partire dalla condizione di minima potenza necessaria con angolo di rampa pari a -5 o, una discesa rettilinea accelerata in modo da mantenere, istante per istante, la potenza disponibile uguale a quella necessaria e l angolo di rampa pari a -5 o. La discesa si conclude non appena si raggiunge la condizione di massima efficienza aerodinamica. Supponendo che la densitá atmosferica sia costante e pari a ρ = 1 kg/m 3, calcolare 1. la velocitá di inizio e fine discesa e i relativi coefficienti di portanza 2. il tempo impiegato per compiere la fase di discesa 3. lo spazio percorso sull orizzontale e la corrispondente variazione di quota 4. le leggi di variazione di velocitá e coefficiente di portanza in funzione del tempo. Successivamente l aeromobile, mantenendo la velocitá uguale alla velocitá di fine discesa, esegue una manovra di richiamata che porta il velivolo nelle condizioni di angolo di rampa nullo nel tempo di 3 secondi. Calcolare 1. il coefficiente di portanza occorrente per la manovra 2. il raggio di curvatura della traiettoria.

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 i seguenti valori numerici puó rappresentare ragionevolmente il coefficiente di portanza massimo di un velivolo in configurazione pulita? A) B) 0.50 C) 10.2 D) Nessuno dei precedenti Per un elica traente, la velocitá assiale di attraversamento al disco A) e sempre minore della velocitá di volo B) e minore della velocitá all infinito a valle ed é maggiore della velocitá di volo C) e maggiore sia della velocitá di volo, sia della velocitá all infinito a valle. D) e maggiore della velocitá all infinito a valle ed é minore della velocitá di volo Nel calcolo delle prestazioni del velivolo a getto A) La potenza propulsiva decresce con la velocitá B) La potenza propulsiva é sensibilmente lineare rispetto alla velocitá C) La spinta cresce sempre con la quota D) La spinta cresce con la velocitá Quale fra le seguenti risposte fornisce ragionevolmente l efficienza aerodinamica massima di una navetta spaziale tipo lifting body? A) 3.1 B) 0.3 C) 15 D) nessuna delle precedenti. L impiego dei profili laminari unitamente a un buon raccordo ala-fusoliera A ) non influenza né l autonomia chilometrica, né la velocitá massima B) aumenta le caratteristiche di manovra, di salita, nonché la velocitá massima C) incrementa il solo rateo di salita D) determina un aumento del fattore di carico massimo strutturale. In un orbita iperbolica intorno alla terra la velocitá al perigeo A ) é sempre maggiore della velocitá di fuga B) é nulla C) dipende dalla massa iniziale D) dipende dall impulso specifico e dalla massa iniziale. Una manovra aeroassistita di una navetta tipo lifting-body A ) é in generale piú efficiente di una manovra propulsiva B) é in generale meno efficiente di una manovra propulsiva C) ha sempre la medesima efficienza della corrispondente manovra propulsiva D) nessuna delle precedenti risposte é corretta. La velocitá necessaria di potenza minima in salita A ) é sempre uguale alla velocitá di stallo nel volo dritto B) é minore della velocitá di stallo nel volo dritto C) dipende dall angolo di rampa, dal carico alare e dalla quota D) E indipendente dal carico alare Nella salita ad angolo di incidenza costante, il rateo di salita A ) é maggiore di quello ottenuto nella fase di salita a velocitá costante. B) é sempre minore di quello ottenuto nella fase di salita a velocitá costante. C) é indipendente dall eccesso di potenza D) dipende dalla velocitá massima del velivolo mediante la polare aerodinamica.

4 B DOMANDA TEORICA Scrivere le equazioni del volo librato e descrivere la costruzione grafica dell odografa del moto a partire dalla polare del velivolo. Dimostrare allora che, nel volo librato a velocitá costante, le condizioni di massima percorrenza e durata sono ottenute per E max e (E C L ) max, rispettivamente. ESERCIZIO Una navetta spaziale di caratteristiche massa iniziale m = kg impulso specifico I sp = 400 s si trova fuori del campo gravitazionale terrestre con velocitá geocentrica di intensitá pari a 1000 m/s e orientazione tale da avere il perigeo ad una quota di 1000 km. Calcolare la velocitá al perigeo e indicare, illustrando le ragioni, il tipo di orbita in esame (ellittica, parabolica, iperbolica). Non appena raggiunto il perigeo di detta orbita (orbita A), la navetta si immette su un orbita ellittica (orbita B) avente apogeo pari al perigeo dell orbita A (1000 km) e perigeo uguale a 200 km. Calcolare la variazione di velocitá necessaria e il corrispondente propellente consumato. Al perigeo dell orbita B la navetta circolarizza l orbita. Determinare la variazione di velocitá nonché il propellente consumato. Successivamete, allo scopo di effettuare una manovra di rientro, vengono azionati i motori in modo da immettere la navetta su una traiettoria discendente che alla quota di 120 km presenta un angolo di rampa uguale a -2 o. Calcolare l impulso di velocitá necessario, supposto parallelo alla velocitá, e il corrispondente propellente consumato. Dati accelerazione di gravitá a h = 0 g 0 = 9.81 m/s 2 Raggio terrestre R E = 6370 km

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 Quale fra i seguenti valori numerici puó rappresentare ragionevolmente l efficienza massima di un velivolo dell aviazione generale? A) 10 5 B) 0.77 C) 13.2 D) 2.13 Durante il moto in atmosfera di un velivolo. A) si conserva sempre l energia cinetica B) si conserva soltanto l energia potenziale mentre l enrgia cinetica varia in funzione del coefficiente di portanza C) si conserva sia l energia meccanica, sia il momento angolare D) nessuna delle precedenti risposte é corretta Durante una generica manovra A) il rateo di salita diminuisce all aumentare del fattore di carico B) la velocitá assume valore arbitrario indipendentemente dalle condizioni iniziali C) l angolo di incidenza diminuisce all aumentare della velocitá D) l accelerazione é funzione solo del carico alare Nel moto di un corpo celeste, gli integrali primi del moto sono: A) l energia totale e il momento angolare B) la velocitá del baricentro C) solo l energia totale D) il momento angolare e la velocitá. In quale situazione di volo si ha velocitá di stallo negativa? A ) in volo rovescio B) solo nelle manovre con angolo di rampa negativo C) per fattore di carico normale negativo D) in nessun caso. Per una motoelica a passo fisso, in quali condizioni puó aversi una potenza propulsiva negativa? A ) durante manovre fortemente instazionarie eseguite a elevato grado di ammissione B) durante fasi ripide di discesa con grado di ammissione opportunamente basso C) soltanto alla quota di tangenza teorica D) in nessun caso. Il coefficiente di resistenza parassita di un velivolo include: A ) la sola resistenza di attrito quando il Mach di volo é maggiore dell unitá B) la sola resistenza di pressione quando il Mach di volo é maggiore dell unitá C) in ogni caso la resistenza di pressione e la resistenza d attrito D) la sola resistenza indotta. Si puó avere una manovra nel piano verticale con C L > 0 e γ < 0? A ) no, mai B) si, ma soltanto nel volo rovescio C) si, ma soltanto durante la fase nose-up D) si, soltanto in condizioni particolari di nose-down. Nella motoelica a giri costanti, il rapporto di funzionamento A ) é indipendente dalla velocitá B) diminuisce all aumentare della velocitá C) cresce linearmente con la velocitá D) aumenta con la quota di volo solo aldisotto della quota di ristabilimento del propulsore.

6 C DOMANDA TEORICA Supponendo la densitá atmosferica variabile con la quota secondo legge esponenziale, determinare l andamento della velocitá in funzione della quota per una capsula spaziale che effettui un rientro balistico a partire da una quota sufficientemete elevata e calcolare le condizioni di massimo scambio termico. ESERCIZIO Il De Havilland DH 98 Mosquito era un bimotore motoelica a giri costanti le cui caratteristiche sono riportate nella seguente scheda tecnica Peso totale W = 8845 kg p Superficie alare S = m 2 Apertura alare b = m Coefficiente di resistenza minimo C D0 = fattore di Oswald e = 0.8 rendimento eliche η = 0.8 C Lmax = 1.6 Il velivolo é munito di propulsori con ristabilimento in quota di caratteristiche potenza massima per singolo motore alla quota di ristabilimento Π 1m = 1260 Kw consumo specifico C s = 0.25 kg p /(Kw h) In primo luogo si calcoli, al livello del mare, la massima velocitá propulsiva dell aeromobile. Il velivolo esegue in prossimitá del suolo una salita a velocitá costante con angolo di rampa uguale a 5 o per una variazione di quota di 400 m, modulando il grado di ammissione V in modo che risulti δ T = 1.2, dove V é la velocitá di volo. Assumendo che la densitá V max dell aria sia costante e pari al valore al suolo, calcolare 1. il coefficiente di portanza relativo all assetto piú veloce, la velocitá, il rateo di salita e il grado di ammissione corrispondenti. 2. il tempo impiegato per la fase di salita e la quantitá di combustibile consumata. Successivamente il pilota, mantenendo inalterata la velocitá, esegue una manovra di nosedown con fattore di carico normale pari a 0.9 che porta l aeromobile in condizione di angolo di rampa nullo. Stimare il tempo impiegato a compiere la manovra, il raggio della traiettoria, il coefficiente di portanza necessario, nonché il combustibile consumato.

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 Per una motoelica a giri costanti avente quota di ristabilimento uguale a h r la velocitá periferica dellélica A ) diminuisce con la quota B) diminuisce con la quota solo per h > h r C) diminuisce con la quota per h > h r mentre aumenta per h < h r D) é costante La quota di tangenza teorica per un velivolo a getto A ) aumenta con l allungamento alare e con il carico alare B) é indipendente dall allungamento ma cresce col carico alare C) diminuisce all aumentare dell allungamento e aumenta col fattore di Oswald D) aumenta con l allungamento, col fattore di Oswald e con la spinta al suolo, mentre diminuisce all aumentare il peso totale. Nel velivolo a getto, il rateo massimo di salita A ) si ha per la minima potenza necessaria B) si ha alla massima efficienza aerodinamica C) é costante con la quota D) si ha per una velocitá maggiore di quella corrispondente alla minima spinta necessaria. La velocitá occorrente per immettere una navetta su traiettoria iperbolica A ) é maggiore della velocitá di fuga B) é minore della corrispondente velocitá circolare C) dipende da C L D) é esattamente uguale alla velocita di fuga Durante una virata piatta il velivolo descrive una traiettoria curvilinea A ) grazie alla componente del peso lungo la direzione del moto B) grazie alla resistenza aerodinamica che, in tal caso, presenta una componente perpendicolare alla velocitá C) grazie alla componete della portanza lungo la direzione del moto D) grazie all effetto combinato della componente centripeta della spinta e della devianza. Il calcolo del propellente durante una manovra orbitale propulsiva A) richiede il calcolo preventivo del solo impulso della velocitá B) necessita la conoscenza della velocitá e del raggio geocentrico C) richiede sempre la conoscenza del momento angolare e dell energia meccanica D) richiede la conoscenza del solo raggio eliocentrico. La distanza orizzontale percorsa in atterraggio A) aumenta all aumentare della velocitá di stallo B) diminuisce all aumentare della velocitá di stallo C) é indipendente dalla velocitá di stallo D) nessuna delle precedenti risposte é corretta. Il regolatore dei giri di una motoelica A) seleziona il passo dell elica in modo da avere velocitá di volo costante B) controlla il numero di giri in modo da ottenere una spinta costante C) seleziona il passo dell elica in modo da avere una velocitá angolare indipendente dalle condizioni di volo D) nessuna delle precedenti risposte é corretta. La massima velocitá (propulsiva) per un velivolo a getto alla quota di tangenza teorica A) dipende da S C D0 B) dipende dal fattore di Oswald, dall allungamento e dal coefficiente di resistenza minimo. C) dipende dall angolo di incidenza. D) dipende dal solo carico alare.

8 D DOMANDA TEORICA Scrivere le equazioni del moto della virata corretta e determinare la condizione di massimo rateo di virata (propulsivo) per il velivolo a getto discutendo il risultato ottenuto. ESERCIZIO Una capsula spaziale si trova in orbita ellittica intorno alla terra con apogeo e perigeo aventi quote km e 4000 km, rispettivamente. Calcolare la velocitá all apogeo e al perigeo. La navetta effettua prima un cambiamento del piano orbitale di 10 o all apogeo che lascia immutata la forma dell orbita, e successivamente, al perigeo, una manovra che la immette su una traiettoria in discesa in modo che alla quota di 110 km l angolo di rampa sia pari a -2 o. Calcolare le variazioni di velocitá V nelle diverse fasi e i corrispondenti consumi di propellente. Dati: massa iniziale navetta m = kg impulso specifico propulsore I sp = 400 s raggio terrestre R E = 6370 km accelerazione di gravitá a h = 0 g 0 = 9.81 m/s 2