Il corso illustra le metodologie di calcolo per la predizione delle prestazioni dei principali propulsori a getto di impiego aeronautico, mostrando l'incidenza dei principali parametri termofluidodinamici sulle prestazioni, in termini di potenza o spinta e consumi, ed evidenziando il comportamento della macchina in condizioni di progetto e di fuori progetto. 1. Principi della termodinamica di non equilibrio chimico e dei flussi comprimibili Revisione dei principi fondamentali della termodinamica, equazioni di stato, equilibrio chimico. Leggi di conservazione (di massa, quantità di moto lineare, ed energia), e equazioni del moto di fluidi in sistemi isotermi e non isotermi; bilanci microscopici e macroscopici. Forma differenziale e integrale delle equazioni per flussi comprimibili quasi-1D, con adduzione di calore, attrito e variazione di area. Problemi di Fanno e Rayleigh. 2. Analisi del ciclo del motore Rassegna dei principali parametri di prestazione del motore. Introduzione al processo di progettazione del motore. Analisi dei vincoli e di missione dell’aeromobile per il calcolo della spinta richiesta in base alle esigenze del cliente. Analisi del ciclo del motore attraverso l'analisi parametrica. Ottimizzazione multi-obiettivo. Frontiera di Pareto. 3. Dimensionamento dei Componenti del Motore: presa dinamica e ugello propulsivo Dimensionamento di prese dinamiche subsoniche e supersoniche. Dimensionamento di ugelli propulsivi convergenti e convergenti-divergenti. 4. Dimensionamento dei Componenti del Motore: Turbomacchine Introduzione alle Turbomacchine, sistemi di riferimento, triangoli di velocità, conservazione del momento della quantità di moto, equazione di Eulero per turbomacchine, rendimenti, criteri di progettazione nel piano interpalare, equilibrio radiale, criteri di progettazione nel piano meridiano. 5. Analisi al raggio medio di compressori e turbine assiali 6. Schiere di pale Introduzione alle schiere di pale, angoli di flusso nelle paletta, prestazioni della schiere di pale, criteri di progettazione. 7. Dimensionamento di uno stadio di turbomacchina Come dimensionare uno stadio di compressore assiale Come dimensionare uno stadio di turbina assiale 8. Correlazioni di perdita Correlazioni di perdita nelle turbomacchine, meccanismi di perdita e modelli di perdita 9. Prestazioni fuori progetto di compressori e turbine assiali Prestazioni fuori progetto di compressori e turbine: triangoli di velocità in fuori progetto, curve caratteristiche di compressori e turbine assiali 10. Fuori progetto di un motore a turbina a gas Prestazioni fuori progetto dell'intero motore: condizioni di matching fra componenti, prestazioni di fuori progetto

Pasquale Sforza, Theory of Aerospace Propulsion, Butterworth-Heinemann (2011)

Il corso illustra le metodologie di calcolo per la predizione delle prestazioni dei principali propulsori a getto di impiego aeronautico, mostrando l'incidenza dei principali parametri termofluidodinamici sulle prestazioni, in termini di potenza o spinta e consumi, ed evidenziando il comportamento della macchina in condizioni di progetto e di fuori progetto. 1. Principi della termodinamica di non equilibrio chimico e dei flussi comprimibili Revisione dei principi fondamentali della termodinamica, equazioni di stato, equilibrio chimico. Leggi di conservazione (di massa, quantità di moto lineare, ed energia), e equazioni del moto di fluidi in sistemi isotermi e non isotermi; bilanci microscopici e macroscopici. Forma differenziale e integrale delle equazioni per flussi comprimibili quasi-1D, con adduzione di calore, attrito e variazione di area. Problemi di Fanno e Rayleigh. 2. Analisi del ciclo del motore Rassegna dei principali parametri di prestazione del motore. Introduzione al processo di progettazione del motore. Analisi dei vincoli e di missione dell’aeromobile per il calcolo della spinta richiesta in base alle esigenze del cliente. Analisi del ciclo del motore attraverso l'analisi parametrica. Ottimizzazione multi-obiettivo. Frontiera di Pareto. 3. Dimensionamento dei Componenti del Motore: presa dinamica e ugello propulsivo Dimensionamento di prese dinamiche subsoniche e supersoniche. Dimensionamento di ugelli propulsivi convergenti e convergenti-divergenti. 4. Dimensionamento dei Componenti del Motore: Turbomacchine Introduzione alle Turbomacchine, sistemi di riferimento, triangoli di velocità, conservazione del momento della quantità di moto, equazione di Eulero per turbomacchine, rendimenti, criteri di progettazione nel piano interpalare, equilibrio radiale, criteri di progettazione nel piano meridiano. 5. Analisi al raggio medio di compressori e turbine assiali 6. Schiere di pale Introduzione alle schiere di pale, angoli di flusso nelle paletta, prestazioni della schiere di pale, criteri di progettazione. 7. Dimensionamento di uno stadio di turbomacchina Come dimensionare uno stadio di compressore assiale Come dimensionare uno stadio di turbina assiale 8. Correlazioni di perdita Correlazioni di perdita nelle turbomacchine, meccanismi di perdita e modelli di perdita 9. Prestazioni fuori progetto di compressori e turbine assiali Prestazioni fuori progetto di compressori e turbine: triangoli di velocità in fuori progetto, curve caratteristiche di compressori e turbine assiali 10. Fuori progetto di un motore a turbina a gas Prestazioni fuori progetto dell'intero motore: condizioni di matching fra componenti, prestazioni di fuori progetto

Pasquale Sforza, Theory of Aerospace Propulsion, Butterworth-Heinemann (2011)