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 velocitá massima (propulsiva) A) aumenta all aumentare del rateo di salita. B) diminuisce all aumentare del rateo di salita. C) dipende dal rateo di virata D) nessuna delle precedenti risposte é corretta. L efficienza massima del velivolo 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. D) dipende sensibilimente dall allungamento alare. E possibile eseguire una manovra con n z = 0 per C L = 0? A) Si, poiché la condizione di sostentamento aerodinamico é soddisfatta B) No, perché la velocitá di stallo non dipende dalla velocitá massima C) No, perché la velocitá di stallo é sempre positiva D) No, poiché la condizione di sostentamento aerodinamico non é soddisfatta Il regolatore di giri di un elica A) ha lo scopo di ridurre opportunamente la velocitá periferica dell elica B) ha la funzione di compensare la riduzione di potenza con la quota. C) regola il grado di ammissione in modo che il numero di giri sia costante D) regola il passo in modo che il numero di giri non dipenda dalle condizioni di volo. A paritá di condizioni di volo, il fattore di carico massimo (propulsivo) 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 prua di una navetta destinata al rientro atmosferico 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) é adeguatamente tozza in modo da limitare lo scambio termico durante il rientro Nel velivolo a getto A ) la potenza disponibile ha un andamento parabolico con la velocitá B) la spinta disponibile ha un andamento parabolico con la velocitá C) la potenza disponibile cresce sempre con la quota D) nessuna delle precedenti risposte é corretta. il massimo gradiente 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 spinta dell elica cresce sempre con la quota B) la potenza propulsiva si annulla con la velocitá. C) la spinta dell elica non dipende in nessun caso dalla quota D) la spinta é praticamente costante con la velocitá

2 A DOMANDA TEORICA Un asteroide avente quota di perigeo h p proviene dall infinito con velocitá V 0. Determinare il tipo di orbita nonché la velocitá di perigeo dell asteroide. ESERCIZIO Nella seguente scheda tecnica sono riportati i dati, misurati al livello de mare, del velivolo ultraleggero biposto STORM-RG (motoelica a giri costanti, ala bassa). Apertura alare b = 7.8 m Superficie alare S = 9.98 m 2 Peso totale W = 544 Kg p Fattore di carico massimo/minimo strutturale +6.2/-3 Velocitá limite V NE = 310 Km/h Velocitá di stallo in conf. pulita V stall = 61 Km/h Velocitá massima V max = 287 Km/h Motore: Rotax 914 UL2 115 H.P. turbo. In base alla scheda tecnica e assumendo con criterio eventuali dati mancanti, 1. identificare la polare aerodinamica e calcolare il C Lmax. 2. determinare l efficienza massima del velivolo. 3. redigere la tabella del rateo di salita al suolo in funzione della velocitá. 4. redigere il grafico dei limiti aerodinamico, propulsivo e strutturale del fattore di carico in funzione della velocitá individuando il massimo fattore di carico propulsivo (al suolo). 5. redigere la tabella che riporti il rateo di virata calcolato al suolo in funzione della velocitá individuando il rateo massimo di virata. Per ciascuno dei punti riportati si commentino i risultati ottenuti.

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) 1.63 B) 0.50 C) 10.2 D) Nessuno dei precedenti Per un elica traente, la velocitá assiale indotta all infinito a valle A) e sempre minore della velocitá di volo B) e minore della velocitá sul disco ed é maggiore della velocitá di volo C) e maggiore sia della velocitá di volo, sia della velocitá sul disco. D) e maggiore della velocitá all infinito a valle ed é minore della velocitá di volo Nel calcolo delle prestazioni della motoelica a giri costanti A) La potenza propulsiva decresce con la velocitá B) La spinta propulsiva é approssimata mediante un iperbole equilatera i funzione della 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 un velivolo commerciale? A) 3.1 B) 0.3 C) 15 D) nessuna delle precedenti. La riduzione del coefficiente di resistenza parassita e l aumento del fattore di Oswald A ) non influenza né l autonomia chilometrica, né la velocitá massima B) aumenta il solo rateo di virata C) tra le altre cose incrementa il rateo di salita D) determina un aumento del fattore di carico massimo strutturale. In un orbita iperbolica intorno alla terra, la velocitá all infinito A ) é sempre maggiore della velocitá di fuga B) é nulla C) dipende dalla massa iniziale D) nessuna delle precedenti risposte é corretta. Una manovra aeroassistita di una navetta destinata per il solo rientro balistico 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 massima efficienza in salita A ) é sempre uguale alla velocitá di stallo nel volo dritto B) é sempre minore della velocitá di stallo nel volo dritto C) dipende dall angolo di rampa, dal carico alare e dall allungamento D) E indipendente dalla quota Nella salita in volo rovescio per una motoelica a giri costanti, il coefficiente di portanza A ) é maggiore di quello ottenuto nella fase di salita a velocitá costante. B) é sempre negativo. C) é indipendente dall eccesso di potenza D) dipende dalla velocitá massima del velivolo mediante la polare aerodinamica.

4 B DOMANDA TEORICA Determinare la legge di variazione del fattore di carico normale propulsivo in funzione della velocitá nel caso di volo con un assegnato rateo di salita RC > 0. Quale é la differenza con il caso di volo nel piano orizzonale? Nel caso in esame il fattore di carico é minore o maggiore rispetto a quello ottenuto nel volo orizzontale? Perché? ESERCIZIO Un veicolo transatmosferico con caratteristiche Massa veicolo m = 9000 kg Suprerficie alare S = 30 m 2 presenta i seguenti andamenti dei coefficienti aerotermodinamici in funzione dell angolo di incidenza C L = sin 2α; C D = C D0 + k sin 2 α; C h = 0.01 con C D0 = 0.05 e k = 2. Calcolare l efficienza massima del veicolo e il corrispondente angolo di incidenza. Nel caso di volo circolare intorno alla terra a 70 km di quota, studiare l andamento della velocitá di equilibrio, della spinta necessaria e dello scambio termico in funzione dell angolo di incidenza (redigere una tabella con al massimo 6 valori significativi). Sempre nel caso di volo circolare a 70 km, supponendo che il veicolo sia provvisto di un sistema propulsivo ausiliario che consente di sviluppare una spinta T z in direzione verticale verso l alto, determinare la legge della velocitá di equilibrio in funzione di T z nelle condizioni di C Lmax e i relativi spinta e scambio termico (redigere una tabella con al massimo 6 valori significativi). Dati accelerazione di gravitá a h = 0 g 0 = 9.81 m/s 2 Raggio terrestre R E = 6370 km densitá atmosferica ρ = ρ 0 exp g 0 h R T R = 287 m 2 s 2 K 1

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) 42 C) 14.2 D) 30. Durante una manovra aeroassistita di un veicolo tipo lifting body 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 fase di volo A) il rateo di salita diminuisce all aumentare del rateo di virata B) la velocitá non dipende dalle condizioni iniziali C) l angolo di incidenza aumenta con la velocitá D) l accelerazione é funzione solo della spinta Nel moto di una navetta durante il rientro atmosferico, 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) nessuna delle precedenti risposte é corretta. In quale situazione di volo la velocitá necessaria si annulla? A ) in volo rovescio B) solo nelle manovre con angolo di rampa negativo C) per fattore di carico normale negativo D) per C L 0 e n z =0. Per un turbogetto in quali condizioni puó aversi una spinta negativa? A ) durante manovre fortemente instazionarie eseguite a elevato grado di ammissione B) durante discese ripide con grado di ammissione opportunamente basso C) soltanto alla quota di tangenza teorica D) in nessun caso. Il coefficiente di resistenza 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, la resistenza d attrito nonché la resistenza indotta D) la sola resistenza indotta. Si puó avere una manovra nel piano verticale con C L 0 e ψ 0? A ) no, mai B) si, durante un moto elicoidale C) si, ma soltanto durante la fase nose-up D) si, soltanto in condizioni particolari di nose-down. Nella motoelica a giri costanti, il numero di giri del motore A ) non dipende né dalla velocitá, né dal grado di ammissione 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 Determinare le espressioni delle velocitá di perigeo e apogeo di una navetta orbitante intorno alla terra con raggi di apogeo e perigeo rispettivamente di R a e R p. ESERCIZIO Nella seguente scheda tecnica sono riportati i dati del velivolo Hawker Hurricane Mk.I (monomotore motoelica a giri costanti, ala bassa). Apertura alare b = m Superficie alare S = m 2 C Lmax in configurazione pulita Peso totale W = 2993 Kg p Fattore di carico massimo/minimo strutturale +6/-3 Velocitá limite equivalente V NE = 850 Km/h Velocitá massima V max = 523 quota di ristabilimento Motore: Rolls Royce Merlin XX Potenza massima 768 h r, Quota di ristabilimento h r 5486 m (δ = ). In base alla scheda tecnica e assumendo con criterio eventuali dati mancanti, 1. identificare la polare aerodinamica e calcolare la velocitá di stallo equivalente. 2. calcolare la massima efficienza dell aeromobile. 3. calcolare, per h=0, la velocitá massima e redigere la tabella del rateo di salita in funzione della velocitá. 4. redigere, per h=0, il grafico dei limiti aerodinamico, propulsivo e strutturale del fattore di carico in funzione della velocitá individuando il massimo fattore di carico propulsivo. 5. redigere, per h=0, la tabella che riporti il rateo di virata in funzione della velocitá individuando il rateo massimo di virata. Per ciascuno dei punti riportati si commentino i risultati ottenuti.

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 h r, il grado di ammissione 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) nessuna delle precedenti risposte é corretta Il rateo di salita massimo per una motoelica 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, la quota di tangenza A ) si ha per la minima potenza necessaria B) si ha alla massima efficienza aerodinamica C) é costante con la velocitá D) nessuna delle precedenti risposte é corretta. Nel volo transatmosferico il coefficiente di portanza necessario al volo A ) é maggiore di quello corrispondente al volo atmosferico B) é minore di quello corrispondente al volo atmosferico C) é esattamente uguale a quello corrispondente al volo atmosferico D) nessuna delle precedenti risposte é corretta Durante una richiamata 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 portanza che in tal caso é maggiore della componente del peso D) grazie all effetto della componente centripeta della devianza. Il propellente necessario per un cambiamento del piano orbitale A) richiede il calcolo 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 della velocitá e dell angolo orbitale. La distanza di decollo 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 grado di ammissione per una motoelica a giri costanti 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 una motoelica 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 solo dall angolo di incidenza. D) dipende dal solo carico alare.

8 D DOMANDA TEORICA Scrivere le equazioni del moto per una generica manovra eseguita nel piano orizzontale con velocitá (modulo) costante. Quindi determinare la condizione di massimo fattore di carico normale (propulsivo) per la motoelica a giri costanti discutendo il risultato ottenuto. ESERCIZIO Una capsula spaziale si trova in orbita circolare intorno alla terra alla quota di km. Calcolare la velocitá orbitale. La navetta effettua quindi un cambiamento del piano orbitale di 15 o, e successivamente una manovra che la immette su una traiettoria in discesa in modo che alla quota di 110 km (limite superiore dell atmosfera) l angolo di rampa risulti uguale a -1.6 o. Calcolare, commentando i risultati, le variazioni di velocitá V nelle diverse fasi di volo e i relativi consumi di propellente. Successivamente la navetta, mantenendo inalterato l angolo di rampa, esegue una fase di rientro balistico. Calcolare la legge di variazione della velocitá con la quota nonché le quote per le quali il fattore di carico e il flusso termico risultano massimi. Dati: massa iniziale navetta m = kg impulso specifico propulsore I sp = 420 s raggio terrestre R E = 6370 km accelerazione di gravitá a h = 0 g 0 = 9.81 m/s 2 densitá atmosferica ρ = ρ 0 exp g 0 h R T R = 287 m 2 s 2 K 1