Fondamenti di Aerospaziale

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1 Fondamenti di Aerospaziale Prof. Renato Barboni

2 I progressi della Scienza Archimede ( a.c.) Leonardo ( ), Galileo ( ), Newton ( ) fine 700: palloni e mongolfiere inizi 900: aerei

3 1 guerra mondiale 2 guerra mondiale 1942: l A : 1 satellite artificiale 1961: 1 uomo in orbita 1969: 1 uomo sulla Luna

4 GLI AEROMOBILI Autogiro Elicottero Aerogiro Anfibio Idrovolante Aeroplano Velivolo motore Con Aliante motore : Senza Aerodine Semirigido Floscio Rigido Dirigibile motore : Con Frenato Libero Pallone motore : Senza Aerostati ** dell'aria pesanti più * dell'aria leggeri più

5 Gli AEROSTATI Palloni (1700/1850): mongolfiere, charliere Dirigibili (1850/1937)

6 La spinta di Archimede F = ( γ A γ G )V P Sostanza γ G N/m 3 γ G /γ A S= γ A γ G Sostanza γ G N/m 3 γ G /γ A S= γ A γ G Idrogeno 0,882 0, ,800 Ossigeno 14,018 1,1052-1,3351 Elio 1,750 0, ,932 Argo 17,471 1,3775-4,7883 Metano 7,032 0,5545 5,651 Anid.carb 19,393 1,5292-6,7110 Neon 8,832 0,6963 3,850 Propano 19,812 1,5622-7,1299 Azoto 12,267 0,9674 0,415 Ozono 21,033 1,6585-8,3503

7 I PALLONI

8 Il dirigibile (floscio)

9 Il dirigibile (rigido)

10 Il dirigibile (semi-rigido)

11 Le Aerodine Velivoli: aeroplano, idrovolante. Aerogiri: elicotteri, autogiri. Alianti.

12 Il Flyer dei fratelli WRIGHT Il Flyer dei fratelli Wright

13 Il Flyer

14 Il velivolo Blériot (1910) L b=7,60 m ; P=25CV ; V=70 km/h ; R=100 km

15 Sopwith Camel

16 ( ) Aerodinamica Scienza dei materiali Propulsione Sistemi di bordo Telecomunicazioni

17 Monoplano

18 4 Longheroni in acciaio

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20 DC3-Ossatura del tronco prodiero di fusoliera. 1933/5.

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22 Aerodinamica Scienza dei materiali: leghe leggere, Propulsione: TURBOREATTORE Sistemi di bordo Telecomunicazioni

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24 Impiego commerciale sempre maggiore Velocità km/h Quote: m Meccanica della frattura: FATICA

25 ,57 9,94 Mirage ,50 13,78 Phantom ,32 7,62 MIG 21 Autonomia (km) Quota (m) Velocità (km/h) Lunghezza (m) Apertura (m) Aereo ,47 71, Jumbo ,03 28, Trident ,47 52, Rossya ,04 35,66 95 Caravelle Nu. Motori Auton. (km) Quota (m) Velocità (km/h) Lungh. (m) Apert. (m) N.Pers Aereo

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27 La conquista dello spazio

28 Le ERE Spaziali 1) L ERA DELLA FANTA + SCIENZA 2) L ERA DEI RAZZI, SONDE E SATELLITI ARTIFICIALI 3) L ERA DEI SATELLITI ABITATI dall UOMO 4) L ERA DELLA CONQUISTA DELLA LUNA 5) L ERA DELLE STAZIONI SPAZIALI 6) L ERA DELLA COLONIZZAZIONE SPAZIALE fino al oltre il 2020

29 Periodo 1a) fino al b) 1600 / c) 1900 / 1939 Fantasia TANTA BUONA TANTA Scienza POCA BUONA BUONA 1c) TANTA fantasia e BUONA scienza Tsiolkovkij formula le teorie della navigazione spaziale con l impiego di razzi e studia le proprietà dei propellenti liquidi. H. Oberth pubblica Il razzo verso gli spazi interplanetari. Hohmann studia i voli spaziali, i trasferimenti orbitali, il ritorno sulla Terra Goddard sperimenta il primo razzo a combustibile liquido. Inizia l attività della base missilistica di Peenemunde nel mar Baltico.

30 Ziolkovskij ( ), per primo effettua studi teorici, sui propellenti chimici. Con Goddard ( ) si passa dalla fase teorica a quella pratica. Già alla fine degli anni 10 prevede la possibilità di raggiungere la Luna creando un ondata di scetticismo. Nel 1926 Goddard lancia il primo razzo a propellente liquido della storia: il razzo, lungo 3 m con due serbatoi, uno di ossigeno liquido e l altro di benzina, percorre 56 m a velocità di circa 100 km/h. Oberth ( ) già nella tesi di laurea esamina la possibilità dei voli interplanetari. I suoi lavori vengono accolti con diffidenza dagli scienziati ma appassionano il pubblico. Così nel 1928 Oberth ottiene un finanziamento per realizzare un razzo con cui pubblicizzare un film di fantascienza. Quanto prodotto viene acquisito da un nucleo di giovani scienziati tra cui von Braun ( ). Con l avvento del nazismo si abbandona il dilettantissmo ed il settore missilistico diventa appannaggio delle forze armate (Peenemunde). Il risultato più significativo è l A 4 che nell ottobre 1942, si solleva a 80 km di altezza ricadendo a 200 km dal punto del lancio.

31 I veicoli destinati allo spazio A)-Lanciatori: destinati ad attraversare velocemente gli strati bassi dell atmosfera. Possiamo distinguere i lanciatori in: a1) missili, se esaurita la loro parte di missione vengono perduti; a2) navette, se riutilizzabili e quindi in parte o totalmente recuperate. B)-Veicoli Spaziali: destinati a operare dove l aria è estremamente rarefatta o inesistente. Possiamo distinguere i veicoli spaziali in: b1) Satelliti: veicoli di dimensioni contenute destinati a rimanere in orbita per un relativamente breve periodo di tempo (dell ordine degli anni). b2) Stazioni spaziali: strutture di grandi dimensioni destinate a rimanere in orbita per un periodo di tempo relativamente lungo (dell ordine dei decenni). b3) Sonde: veicoli destinati all esplorazione degli spazi siderali.

32 L ERA dei Razzi, Sonde e Satelliti Artificiali (1940/1960) 03/10/42 03/05/49 04/10/57 03/11/57 06/12/57 31/01/ Lancio della A 4 (Germania). Il Viking 1 (USA) raggiunge gli 80 km. Sputnik 1 (URSS): sfera di 58 cm. Di diametro e 83,6 Kg su orbita ellittica con perigeo di 227Km ed apogeo di 950 Km. Sputnik 2 (URSS: cono di 504 Kg con a bordo la cagnetta Laika. Missile Vanguard (USA): 3 stadi, lungo 22 m per la messa in orbita di un satellite di 50 cm di diametro e 9,5 Kg. Missione fallita. Primo satellite americano Explorer l. Lanciato con vettore militare (Jupiter C). Si ufficializza negli USA la distinzione civile-militare: dalla NACA (fondata nel 1915) nasce la NASA (National Aeronautics and Space Administration) per attività civili mentre le attività militari sono poste sotto la giurisdizione del DOD (Department of Defence).

33 L ERA dei Razzi, Sonde e Satelliti Artificiali (1940/1960) 03/10/42 03/05/49 04/10/57 03/11/57 06/12/57 31/01/ Lancio della A 4 (Germania). Il Viking 1 (USA) raggiunge gli 80 km. Sputnik 1 (URSS): sfera di 58 cm. Di diametro e 83,6 Kg su orbita ellittica con perigeo di 227Km ed apogeo di 950 Km. Sputnik 2 (URSS: cono di 504 Kg con a bordo la cagnetta Laika. Missile Vanguard (USA): 3 stadi, lungo 22 m per la messa in orbita di un satellite di 50 cm di diametro e 9,5 Kg. Missione fallita. Primo satellite americano Explorer l. Lanciato con vettore militare (Jupiter C). Si ufficializza negli USA la distinzione civile-militare: dalla NACA (fondata nel 1915) nasce la NASA (National Aeronautics and Space Administration) per attività civili mentre le attività militari sono poste sotto la giurisdizione del DOD (Department of Defence).

34 Il Il Satellite Italiano

35 La conquista della LUNA

36 Il programma Mercury

37 Il programma Gemini

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39 Saturno V

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41 L arrivo sulla LUNA

42 In orbita intorno alla LUNA

43 Sulla LUNA

44 I veicoli di lancio

45 Lo Space Shuttle

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47 Gli ORBITER Enterprise: collaudo nell atmosfera; dal 1985 in museo (Smithosian M di Washington) 1)Columbia (1981): andato distrutto 01/02/03 in fase di rientro; 2)Challenger (1983): andato distrutto 28/01/86 in fase di decollo; 3)Atlantis (1985): operativo; 4)Endeavour (1992): operativo; 5)Discovery (1994): operativo.