Ingegneria aeronautica - Aeronautical engineering

Altre conoscenze utili per l'inserimento nel mondo del lavoro.

Seminari - altre attività utili all'inserimento nel mondo del lavoro, proposti e certificati dal CAD.

Gli studenti potranno selezionare i seminari di maggior gradimento, fino alla copertura di 8 seminari da 1,5 h ciascuno (o equivalenti)

La frequenza e la partecipazione ai seminari saranno certificate dai docenti che ne hanno curato l'organizzazione.

Non sarà richiesta una valutazione finale

Saranno messe a disposizione le slides da parte del Relatore.

nessuno

L'obiettivo del corso e' quello di fornire gli elementi principali dell'analisi e progetto di sistemi di controllo lineari.

Analisi di sistemi.

e) Modelli matematici. Rappresentazioni con lo spazio di stato. Modelli lineari. Modelli nonlineari e linearizzazione intorno a stati di equilibrio o soluzioni.

f) Analisi nel dominio della variabile tempo. Risposta nello stato e in uscita. Modi naturali e decomposizione della risposta in modi naturali. Valutazione qualitativa della risposta: velocità di convergenza, tempo di salita, tempo di assestamento, massima sovraelongazione e sottoelongazione. Analisi nel dominio della frequenza. Proprietà fondamentali della trasformata di Laplace e più comuni trasformate di Laplace con teoremi. Funzione di trasferimento e modelli ingresso-uscita.

g) Stabilità. Principali nozioni e criteri per sistemi lineari e nonlineari: funzioni di Lyapunov. Criterio di stabilità di Routh per sistemi lineari. Comportamento a regime di sistemi. Regime transitorio e regime permanente della risposta dei sistemi. Risposta armonica ingresso-uscita. Rappresentazione grafica della risposta armonica: diagrammi di Bode.

h) Sistemi interconnessi: serie, parallel e retroazione. Cancellazioni zero-polo e modi nascosti. Proprietà generali delle interconnessione di sistemi.

Progetto di sistemi di controllo a retroazione.

a) Progetto nel dominio del tempo. Controllo e ricostruzione dello stato: controllabilità e osservabilità dei sistemi. Test di Hautus per la controllabilità e osservabilità. Problemi di manovrabilità da punto a punto. Problemi di ricostruzione dello stato iniziale di un sistema. Assegnazione degli autovalori e progetto di osservatori dello stato. Requisiti di progetto a regime permanente e problemi di inseguimento di ingressi di riferimento.

b) Progetto nel dominio della frequenza.Test di stabilità per sistemi a retroazione basati sulle proprietà del sistema ad anello aperto: diagrammi polari e criterio di Nyquist. Azioni di controllo proporzionali, derivative, integrali. Progetto basato sul luogo delle radici. Stabilizzazione e assegnazione dei poli della funzione di trasferimento ingresso uscita con metodi basati sul luogo delle radici. Requisiti di progetto sul regime permanente: inseguimento di ingressi di riferimento e compensazione e/o attenuazione dei disturbi. Requisiti di progetto sul regime transitorio: assegnazione del margine di fase e della pulsazione di attraversamento del processo ad anello aperto e loro relazione con banda passante e modulo alla risonanza del processo ad anello chiuso. Azioni di controllo anticipative e/o attenuative per modificare il margine di fase e la pulsazione di attraversamento ad anello aperto.

• Rappresentazioni con lo spazio di stato. Modelli lineari. Modelli nonlineari e linearizzazione intorno a stati di equilibrio o soluzioni.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Risposta nello stato e in uscita. Modi naturali e decomposizione della risposta in modi naturali. Valutazione qualitativa della risposta: velocità di convergenza, tempo di salita, tempo di assestamento, massima sovraelongazione e sottoelongazione.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Proprietà fondamentali della trasformata di Laplace e più comuni trasformate di Laplace con teoremi. Funzione di trasferimento e modelli ingresso-uscita.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Stabilità. Principali nozioni e criteri per sistemi lineari e nonlineari: funzioni di Lyapunov. Criterio di stabilità di Routh per sistemi lineari.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Comportamento a regime di sistemi. Regime transitorio e regime permanente della risposta dei sistemi. Risposta armonica ingresso-uscita. Rappresentazione grafica della risposta armonica: diagrammi di Bode.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Sistemi interconnessi: serie, parallel e retroazione. Cancellazioni zero-polo e modi nascosti. Proprietà generali delle interconnessione di sistemi.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Controllo e ricostruzione dello stato: controllabilità e osservabilità dei sistemi. Test di Hautus per la controllabilità e osservabilità. Problemi di manovrabilità da punto a punto. Problemi di ricostruzione dello stato iniziale di un sistema. Assegnazione degli autovalori e progetto di osservatori dello stato. Requisiti di progetto a regime permanente e problemi di inseguimento di ingressi di riferimento.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Test di stabilità per sistemi a retroazione basati sulle proprietà del sistema ad anello aperto: diagrammi polari e criterio di Nyquist. Azioni di controllo proporzionali, derivative, integrali. Progetto basato sul luogo delle radici.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Stabilizzazione e assegnazione dei poli della funzione di trasferimento ingresso uscita con metodi basati sul luogo delle radici.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Requisiti di progetto sul regime permanente: inseguimento di ingressi di riferimento e compensazione e/o attenuazione dei disturbi.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Requisiti di progetto sul regime transitorio: assegnazione del margine di fase e della pulsazione di attraversamento del processo ad anello aperto e loro relazione con banda passante e modulo alla risonanza del processo ad anello chiuso. Azioni di controllo anticipative e/o attenuative per modificare il margine di fase e la pulsazione di attraversamento ad anello aperto.
• Testi di riferimento: Note del corso

Lo studente sarà valutato sulla base di un esame scritto, consistente in un certo numero di problemi (normalmente 3) focalizzati sull’analisi e progetto dei sistemi di controllo a retroazione (2 sul progetto e 1 sull’analisi). Lo studente deve risolvere questi problemi che richiedono un approccio sia di tipo teorico che computazionale. Ad ogni problema viene dato un punteggio e lo studente viene valutato sul punteggio risultante.

I contenuti del corso sono estensivamente ed esaustivamente trattati nella note del corso ``Notes ON LINEAR CONTROL SYSTEMS’’ organizzate in 12 moduli, ognuno contenente un argomento specifico (o un gruppo di argomenti) tra quelli elencati nel programma del corso, con numerosi esempi, esercizi e discussioni, sia teoriche che grafiche. Altri testi di riferimento che possono essere consultati sono

S. Battilotti, Notes on linear control systems, Esculapio ed., 2016, II ed.

G. Marro, Controlli automatici, V ed., Zanichelli ed.

A. Isidori, Sistemi di controllo, Siderea ed, 1979.

S. Monaco, Sistemi lineari: elementi di analisi, Prog. Leonardo ed.Bologna, 2000.

R.C. Dorf, R.H. Bishop, Controlli automatici, Perason, Prentice Hall, 2010.

O.M. Grasselli, L. Menini, S. Galeani, Sistemi dinamici, Hoepli, IV ed. Milano, 2012

Più specificamente orientati ad esercizi sono

C. Gori Giorgi, S. Monaco, S. Battilotti, S. Di Gennaro, Teoria dei Sistemi: complementi ed esercizi

L. Lanari, G. Oriolo, Controlli automatici: esercizi di sintesi, EuRoma.

GENERALI Sono introdotti i fondamenti dell'organizzazione dello spazio aereo, i servizi del traffico aereo e gli strumenti di Comunicazione, Navigazione e Sorveglianza utilizzati in ambito aeronautico. Sono introdotte le rotte, le carte aeronautiche e le procedure di partenza ed arrivo. Si richiamano i concetti della modulazione e della demodulazione analogica e digitale, insieme ai principi di funzionamento e alle caratteristiche principali delle antenne. Si introducono elementi di base sulle probabilità e sulla caratterizzazione degli eventi/processi aleatori. Sono descritti i principi di funzionamento degli strumenti di navigazione aerea: i radio aiuti terrestri ed i sistemi di navigazione satellitare. Sono descritti e valutati in maniera critica i parametri di prestazione dei sistemi di navigazione, in termini di accuratezza, disponibilità, integrità e continuità ed i requisiti necessari per la gestione del rischio legato alle traiettorie nelle diverse fasi del volo. Sono introdotti i sistemi di comunicazioni aeronautici per la trasmissione di voce e dati, sia punto-punto, che all'interno delle reti digitali per le telecomunicazioni aeronautiche. Sono introdotti i sistemi di sorveglianza per il Controllo del Traffico Aereo, con particolare riferimento a radar primari, radar secondari, sistemi di multi-laterazione ed ADSB. Sono descritte le tecniche di tracciamento e predizione per la gestione del rischio di collisione in aria e sulla superficie. SPECIFICI
Conoscenza e capacità di comprensione: al termine del corso lo studente ha acquisito una conoscenza di base di tematiche e strumentazioni/sistemi per la gestione del traffico aereo e la capacità di comprendere e valutare criticamente i parametri fondamentali degli strumenti/sistemi. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine del corso lo studente è in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per calcolare/analizzare le prestazioni fornite da strumentazioni/sistemi per la gestione del traffico aereo in termini di portate, bande e precisione di misura. Autonomia di giudizio: al termine del corso lo studente ha sviluppato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze e gestire la complessità delle tecnologie dell’informazione impiegate negli scenari aeronautici, stimare la loro affidabilità e valutarne l’impatto sulla sicurezza del trasporto aereo, anche con riferimento alle responsabilità sociali ed etiche ad esse collegate. Abilità comunicative: al termine del corso lo studente ha acquisito gli strumenti necessari per interagire con ingegneri, tecnici specialisti e interlocutori non specialisti che operano nell’area dell’informazione per la gestione e il controllo del trasporto aereo. Capacità di apprendimento: al termine del corso lo studente ha sviluppato la capacità di approfondire autonomamente lo studio delle tecnologie che potranno essere utilizzate negli sviluppi futuri di metodologie e procedure per l’incremento della sicurezza e della capacità del traffico aereo.

SISTEMI DI SORVEGLIANZA
Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA
I sistemi di sorveglianza: (a) i sistemi radar: (a1) il radar primario: funzionamento base e caratteristiche di sistema; (a2) il radar secondario: funzionamento base e caratteristiche di sistema; stima angolare e monopulse. Modo S e TCAS. (b) Tracciamento.

A supporto e completamento di quanto sopra sono inoltre introdotte conoscenze di base: caratterizzazione del segnale nel dominio del tempo e della frequenza, modulazione (richiami), caratterizzazione del rumore termico e filtro adattato.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS
Sono introdotti i principi della gestione del traffico aereo e gli strumenti di Comunicazione, Navigazione e Sorveglianza (CNS) utilizzati in tale contesto.

Programma

a) Comunicazioni e radioaiuti terrestri alla navigazione

(i) il Controllo del Traffico Aereo (CTA): zone di controllo e requisiti, categorie di atterraggio;

(ii) i sistemi di Comunicazione: Radio analogiche e digitali; modulazioni; codifiche e prestazioni, con gli elementi di probabilità necessari a descriverli;

(iii) segnali, modulazioni ed antenne per il CNS

(iv) i radio-aiuti alla navigazione terrestri: funzionamento di NDB, VOR-DME, TACAN,

(b) Global Satellite Navigation Systems (GNSS) (in English):

(i) GPS, GLONASS, GALILEO: segmento spaziale, segmento di controllo e segmento utente.

(ii) Forme d'onda trasmesse e codici di posizionamento. Ricevitori GNSS. Tecniche di elaborazione del segnale: posizionamento del codice e della fase, correzione dell'errore ionosferico e troposferico.

(iii) Parametri di qualità per la valutazione delle prestazioni di posizionamento: matrice di covarianza degli errori e – Accuratezza, disponibilità, continuità e integrità. Elementi di affidabilità, ridondanza e garanzia delle prestazioni, continuità e integrità.

(iv) GPS differenziale (DGPS): RTCM e RTK. Contributi agli errori nelle osservabili e all'accuratezza delle misure di posizionamento. Sistemi di “Augmentation” (WAAS e EGNOS) e interoperabilità tra sistemi di navigazione (es. GPS e GLONASS).

(v) Posizionamento e tracciamento di veicoli spaziali e oggetti mediante tecniche Radar e Multilaterazione.

(c) Sistemi di sorveglianza

(i) elementi di probabilità per i sistemi di CNS

(ii) il radar primario

(iii) il radar secondario e di Modo S

(iv) i sistemi di multilaterazione

(v) il sistema di ADS-B

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA

• Caratterizzazione del

segnale utile e del segnale di rumore & filtraggio adattato

• Radar primario di sorveglianza:

principio di funzionamento per la rivelazione e localizzazione;

• Radar primario di

sorveglianza: prestazioni, equazione radar e dimensionamento

• Radar secondario: principio di

funzionamento e caratteristiche/problematiche fondamentali;

• Radar secondario monopulse:

tecnica monopulse per la misura della direzione di arrivo e relative

prestazioni;

• Radar secondario di modo S:

interrogazione selettiva e integrazione Com e Surv e TCAS;

• Fusione radar primario e

secondario e tracciamento dei bersagli – filtro alfa-beta. Introduzione al tracciamento

multi-sensore.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS

• Introduzione alle

tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento

esercitazioni e di valutazione. - (1 ora)

• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul

sito web

• Apparati di

Comunicazione Navigazione e Sorveglianza (CNS), Servizi del Traffico Aereo ATS)

e loro organizzazione. - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides: 1a_IntroATC

1b_spazioaereo,

1c_procedureATC;

ICAO Annesso 2, 11

Cap1_Introduzione CTA - T. Bucciarelli

• Distance measuring Equipment (DME) - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

2a_DME;

ICAO

Annesso 10

• Antenne per TLC isotrope

e direzionali: lineari, ad apertura ed a telaio - ( 5 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

3_antenne_TLC

• Automatic Direction

Finder (ADF) operante con beacon non direttivi (NDB). - (4 ore)

• Testi di riferimento: Automatic

Direction Finder (ADF) operating with Non Directional Beacon (NDB)

• Modulazioni analogiche - ( 4 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

5a_modulazione_AM_PMFM

• VHF Omnidirectiona Range (VOR) convenzionale e Doppler - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

6a_VOR

• ADSB e

link radio digitali - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

7a_ADSB

8b_Multilaterazione

9b_VHF_datalink

• Tecnologie più

recenti in ATC: A-SMGCS, Remote Towers, Spazioporti, Unmanned Regulation and surveillance - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slides:10_advanced_ATC11_Advanced_Technology4ATC
• Principi di funzionamento dei global navigation satellite systems (GNSS) - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 31_GNSS_2024_principles_v7 ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• Soluzione Navigazionale; Segnali GPS e ricevitore GNSS - (7 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 32_GNSS_atmosphere_and_solution 33_GNSS_signal.pdf 34_GNSS_receiverED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• Errori di propagazione; accuratezza, disponibilità, integrità e continuità dei GNSS - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 32_GNSS_atmosphere_and_solution 36_GNSS_accuracy 35_GNSS_performance ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• GPS differenziale Local Area, Wide Area, e Galileo - (6 ore)
• Testi di riferimento: 35_GNSS_performance 37_GNSS_Galileo ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”

SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS
Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA
I sistemi di sorveglianza: (a) i sistemi radar: (a1) il radar primario: funzionamento base e caratteristiche di sistema; (a2) il radar secondario: funzionamento base e caratteristiche di sistema; stima angolare e monopulse. Modo S e TCAS. (b) Tracciamento.

A supporto e completamento di quanto sopra sono inoltre introdotte conoscenze di base: caratterizzazione del segnale nel dominio del tempo e della frequenza, modulazione (richiami), caratterizzazione del rumore termico e filtro adattato.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS
Sono introdotti i principi della gestione del traffico aereo e gli strumenti di Comunicazione, Navigazione e Sorveglianza (CNS) utilizzati in tale contesto.

Programma

a) Comunicazioni e radioaiuti terrestri alla navigazione

(i) il Controllo del Traffico Aereo (CTA): zone di controllo e requisiti, categorie di atterraggio;

(ii) i sistemi di Comunicazione: Radio analogiche e digitali; modulazioni; codifiche e prestazioni, con gli elementi di probabilità necessari a descriverli;

(iii) segnali, modulazioni ed antenne per il CNS

(iv) i radio-aiuti alla navigazione terrestri: funzionamento di NDB, VOR-DME, TACAN,

(b) Global Satellite Navigation Systems (GNSS) (in English):

(i) GPS, GLONASS, GALILEO: segmento spaziale, segmento di controllo e segmento utente.

(ii) Forme d'onda trasmesse e codici di posizionamento. Ricevitori GNSS. Tecniche di elaborazione del segnale: posizionamento del codice e della fase, correzione dell'errore ionosferico e troposferico.

(iii) Parametri di qualità per la valutazione delle prestazioni di posizionamento: matrice di covarianza degli errori e – Accuratezza, disponibilità, continuità e integrità. Elementi di affidabilità, ridondanza e garanzia delle prestazioni, continuità e integrità.

(iv) GPS differenziale (DGPS): RTCM e RTK. Contributi agli errori nelle osservabili e all'accuratezza delle misure di posizionamento. Sistemi di “Augmentation” (WAAS e EGNOS) e interoperabilità tra sistemi di navigazione (es. GPS e GLONASS).

(v) Posizionamento e tracciamento di veicoli spaziali e oggetti mediante tecniche Radar e Multilaterazione.

(c) Sistemi di sorveglianza

(i) elementi di probabilità per i sistemi di CNS

(ii) il radar primario

(iii) il radar secondario e di Modo S

(iv) i sistemi di multilaterazione

(v) il sistema di ADS-B

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA

• Caratterizzazione del

segnale utile e del segnale di rumore & filtraggio adattato

• Radar primario di sorveglianza:

principio di funzionamento per la rivelazione e localizzazione;

• Radar primario di

sorveglianza: prestazioni, equazione radar e dimensionamento

• Radar secondario: principio di

funzionamento e caratteristiche/problematiche fondamentali;

• Radar secondario monopulse:

tecnica monopulse per la misura della direzione di arrivo e relative

prestazioni;

• Radar secondario di modo S:

interrogazione selettiva e integrazione Com e Surv e TCAS;

• Fusione radar primario e

secondario e tracciamento dei bersagli – filtro alfa-beta. Introduzione al tracciamento

multi-sensore.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS

• Introduzione alle

tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento

esercitazioni e di valutazione. - (1 ora)

• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul

sito web

• Apparati di

Comunicazione Navigazione e Sorveglianza (CNS), Servizi del Traffico Aereo ATS)

e loro organizzazione. - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides: 1a_IntroATC

1b_spazioaereo,

1c_procedureATC;

ICAO Annesso 2, 11

Cap1_Introduzione CTA - T. Bucciarelli

• Distance measuring Equipment (DME) - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

2a_DME;

ICAO

Annesso 10

• Antenne per TLC isotrope

e direzionali: lineari, ad apertura ed a telaio - ( 5 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

3_antenne_TLC

• Automatic Direction

Finder (ADF) operante con beacon non direttivi (NDB). - (4 ore)

• Testi di riferimento: Automatic

Direction Finder (ADF) operating with Non Directional Beacon (NDB)

• Modulazioni analogiche - ( 4 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

5a_modulazione_AM_PMFM

• VHF Omnidirectiona Range (VOR) convenzionale e Doppler - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

6a_VOR

• ADSB e

link radio digitali - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

7a_ADSB

8b_Multilaterazione

9b_VHF_datalink

• Tecnologie più

recenti in ATC: A-SMGCS, Remote Towers, Spazioporti, Unmanned Regulation and surveillance - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slides:10_advanced_ATC11_Advanced_Technology4ATC
• Principi di funzionamento dei global navigation satellite systems (GNSS) - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 31_GNSS_2024_principles_v7 ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• Soluzione Navigazionale; Segnali GPS e ricevitore GNSS - (7 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 32_GNSS_atmosphere_and_solution 33_GNSS_signal.pdf 34_GNSS_receiverED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• Errori di propagazione; accuratezza, disponibilità, integrità e continuità dei GNSS - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 32_GNSS_atmosphere_and_solution 36_GNSS_accuracy 35_GNSS_performance ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• GPS differenziale Local Area, Wide Area, e Galileo - (6 ore)
• Testi di riferimento: 35_GNSS_performance 37_GNSS_Galileo ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”

SISTEMI DI SORVEGLIANZA
Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA
I sistemi di sorveglianza: (a) i sistemi radar: (a1) il radar primario: funzionamento base e caratteristiche di sistema; (a2) il radar secondario: funzionamento base e caratteristiche di sistema; stima angolare e monopulse. Modo S e TCAS. (b) Tracciamento.

A supporto e completamento di quanto sopra sono inoltre introdotte conoscenze di base: caratterizzazione del segnale nel dominio del tempo e della frequenza, modulazione (richiami), caratterizzazione del rumore termico e filtro adattato.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS
Sono introdotti i principi della gestione del traffico aereo e gli strumenti di Comunicazione, Navigazione e Sorveglianza (CNS) utilizzati in tale contesto.

Programma

a) Comunicazioni e radioaiuti terrestri alla navigazione

(i) il Controllo del Traffico Aereo (CTA): zone di controllo e requisiti, categorie di atterraggio;

(ii) i sistemi di Comunicazione: Radio analogiche e digitali; modulazioni; codifiche e prestazioni, con gli elementi di probabilità necessari a descriverli;

(iii) segnali, modulazioni ed antenne per il CNS

(iv) i radio-aiuti alla navigazione terrestri: funzionamento di NDB, VOR-DME, TACAN,

(b) Global Satellite Navigation Systems (GNSS) (in English):

(i) GPS, GLONASS, GALILEO: segmento spaziale, segmento di controllo e segmento utente.

(ii) Forme d'onda trasmesse e codici di posizionamento. Ricevitori GNSS. Tecniche di elaborazione del segnale: posizionamento del codice e della fase, correzione dell'errore ionosferico e troposferico.

(iii) Parametri di qualità per la valutazione delle prestazioni di posizionamento: matrice di covarianza degli errori e – Accuratezza, disponibilità, continuità e integrità. Elementi di affidabilità, ridondanza e garanzia delle prestazioni, continuità e integrità.

(iv) GPS differenziale (DGPS): RTCM e RTK. Contributi agli errori nelle osservabili e all'accuratezza delle misure di posizionamento. Sistemi di “Augmentation” (WAAS e EGNOS) e interoperabilità tra sistemi di navigazione (es. GPS e GLONASS).

(v) Posizionamento e tracciamento di veicoli spaziali e oggetti mediante tecniche Radar e Multilaterazione.

(c) Sistemi di sorveglianza

(i) elementi di probabilità per i sistemi di CNS

(ii) il radar primario

(iii) il radar secondario e di Modo S

(iv) i sistemi di multilaterazione

(v) il sistema di ADS-B

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA

• Caratterizzazione del

segnale utile e del segnale di rumore & filtraggio adattato

• Radar primario di sorveglianza:

principio di funzionamento per la rivelazione e localizzazione;

• Radar primario di

sorveglianza: prestazioni, equazione radar e dimensionamento

• Radar secondario: principio di

funzionamento e caratteristiche/problematiche fondamentali;

• Radar secondario monopulse:

tecnica monopulse per la misura della direzione di arrivo e relative

prestazioni;

• Radar secondario di modo S:

interrogazione selettiva e integrazione Com e Surv e TCAS;

• Fusione radar primario e

secondario e tracciamento dei bersagli – filtro alfa-beta. Introduzione al tracciamento

multi-sensore.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS

• Introduzione alle

tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento

esercitazioni e di valutazione. - (1 ora)

• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul

sito web

• Apparati di

Comunicazione Navigazione e Sorveglianza (CNS), Servizi del Traffico Aereo ATS)

e loro organizzazione. - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides: 1a_IntroATC

1b_spazioaereo,

1c_procedureATC;

ICAO Annesso 2, 11

Cap1_Introduzione CTA - T. Bucciarelli

• Distance measuring Equipment (DME) - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

2a_DME;

ICAO

Annesso 10

• Antenne per TLC isotrope

e direzionali: lineari, ad apertura ed a telaio - ( 5 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

3_antenne_TLC

• Automatic Direction

Finder (ADF) operante con beacon non direttivi (NDB). - (4 ore)

• Testi di riferimento: Automatic

Direction Finder (ADF) operating with Non Directional Beacon (NDB)

• Modulazioni analogiche - ( 4 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

5a_modulazione_AM_PMFM

• VHF Omnidirectiona Range (VOR) convenzionale e Doppler - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

6a_VOR

• ADSB e

link radio digitali - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

7a_ADSB

8b_Multilaterazione

9b_VHF_datalink

• Tecnologie più

recenti in ATC: A-SMGCS, Remote Towers, Spazioporti, Unmanned Regulation and surveillance - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slides:10_advanced_ATC11_Advanced_Technology4ATC
• Principi di funzionamento dei global navigation satellite systems (GNSS) - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 31_GNSS_2024_principles_v7 ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• Soluzione Navigazionale; Segnali GPS e ricevitore GNSS - (7 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 32_GNSS_atmosphere_and_solution 33_GNSS_signal.pdf 34_GNSS_receiverED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• Errori di propagazione; accuratezza, disponibilità, integrità e continuità dei GNSS - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 32_GNSS_atmosphere_and_solution 36_GNSS_accuracy 35_GNSS_performance ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• GPS differenziale Local Area, Wide Area, e Galileo - (6 ore)
• Testi di riferimento: 35_GNSS_performance 37_GNSS_Galileo ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”

SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS
Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA
I sistemi di sorveglianza: (a) i sistemi radar: (a1) il radar primario: funzionamento base e caratteristiche di sistema; (a2) il radar secondario: funzionamento base e caratteristiche di sistema; stima angolare e monopulse. Modo S e TCAS. (b) Tracciamento.

A supporto e completamento di quanto sopra sono inoltre introdotte conoscenze di base: caratterizzazione del segnale nel dominio del tempo e della frequenza, modulazione (richiami), caratterizzazione del rumore termico e filtro adattato.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS
Sono introdotti i principi della gestione del traffico aereo e gli strumenti di Comunicazione, Navigazione e Sorveglianza (CNS) utilizzati in tale contesto.

Programma

a) Comunicazioni e radioaiuti terrestri alla navigazione

(i) il Controllo del Traffico Aereo (CTA): zone di controllo e requisiti, categorie di atterraggio;

(ii) i sistemi di Comunicazione: Radio analogiche e digitali; modulazioni; codifiche e prestazioni, con gli elementi di probabilità necessari a descriverli;

(iii) segnali, modulazioni ed antenne per il CNS

(iv) i radio-aiuti alla navigazione terrestri: funzionamento di NDB, VOR-DME, TACAN,

(b) Global Satellite Navigation Systems (GNSS) (in English):

(i) GPS, GLONASS, GALILEO: segmento spaziale, segmento di controllo e segmento utente.

(ii) Forme d'onda trasmesse e codici di posizionamento. Ricevitori GNSS. Tecniche di elaborazione del segnale: posizionamento del codice e della fase, correzione dell'errore ionosferico e troposferico.

(iii) Parametri di qualità per la valutazione delle prestazioni di posizionamento: matrice di covarianza degli errori e – Accuratezza, disponibilità, continuità e integrità. Elementi di affidabilità, ridondanza e garanzia delle prestazioni, continuità e integrità.

(iv) GPS differenziale (DGPS): RTCM e RTK. Contributi agli errori nelle osservabili e all'accuratezza delle misure di posizionamento. Sistemi di “Augmentation” (WAAS e EGNOS) e interoperabilità tra sistemi di navigazione (es. GPS e GLONASS).

(v) Posizionamento e tracciamento di veicoli spaziali e oggetti mediante tecniche Radar e Multilaterazione.

(c) Sistemi di sorveglianza

(i) elementi di probabilità per i sistemi di CNS

(ii) il radar primario

(iii) il radar secondario e di Modo S

(iv) i sistemi di multilaterazione

(v) il sistema di ADS-B

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA

• Caratterizzazione del

segnale utile e del segnale di rumore & filtraggio adattato

• Radar primario di sorveglianza:

principio di funzionamento per la rivelazione e localizzazione;

• Radar primario di

sorveglianza: prestazioni, equazione radar e dimensionamento

• Radar secondario: principio di

funzionamento e caratteristiche/problematiche fondamentali;

• Radar secondario monopulse:

tecnica monopulse per la misura della direzione di arrivo e relative

prestazioni;

• Radar secondario di modo S:

interrogazione selettiva e integrazione Com e Surv e TCAS;

• Fusione radar primario e

secondario e tracciamento dei bersagli – filtro alfa-beta. Introduzione al tracciamento

multi-sensore.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS

• Introduzione alle

tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento

esercitazioni e di valutazione. - (1 ora)

• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul

sito web

• Apparati di

Comunicazione Navigazione e Sorveglianza (CNS), Servizi del Traffico Aereo ATS)

e loro organizzazione. - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides: 1a_IntroATC

1b_spazioaereo,

1c_procedureATC;

ICAO Annesso 2, 11

Cap1_Introduzione CTA - T. Bucciarelli

• Distance measuring Equipment (DME) - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

2a_DME;

ICAO

Annesso 10

• Antenne per TLC isotrope

e direzionali: lineari, ad apertura ed a telaio - ( 5 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

3_antenne_TLC

• Automatic Direction

Finder (ADF) operante con beacon non direttivi (NDB). - (4 ore)

• Testi di riferimento: Automatic

Direction Finder (ADF) operating with Non Directional Beacon (NDB)

• Modulazioni analogiche - ( 4 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

5a_modulazione_AM_PMFM

• VHF Omnidirectiona Range (VOR) convenzionale e Doppler - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

6a_VOR

• ADSB e

link radio digitali - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

7a_ADSB

8b_Multilaterazione

9b_VHF_datalink

• Tecnologie più

recenti in ATC: A-SMGCS, Remote Towers, Spazioporti, Unmanned Regulation and surveillance - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slides:10_advanced_ATC11_Advanced_Technology4ATC
• Principi di funzionamento dei global navigation satellite systems (GNSS) - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 31_GNSS_2024_principles_v7 ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• Soluzione Navigazionale; Segnali GPS e ricevitore GNSS - (7 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 32_GNSS_atmosphere_and_solution 33_GNSS_signal.pdf 34_GNSS_receiverED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• Errori di propagazione; accuratezza, disponibilità, integrità e continuità dei GNSS - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 32_GNSS_atmosphere_and_solution 36_GNSS_accuracy 35_GNSS_performance ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• GPS differenziale Local Area, Wide Area, e Galileo - (6 ore)
• Testi di riferimento: 35_GNSS_performance 37_GNSS_Galileo ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”

SISTEMI DI SORVEGLIANZA
STRUMENTI DI ACCERTAMENTO:

La verifica dell'apprendimento avviene tramite due prove:

(i) una prova scritta (della durata di tre ore - punteggio pari a 30% del voto complessivo), in cui si chiede allo studente di svolgere esercizi relativi alle prestazioni di sistemi di comunicazione, navigazione, sorveglianza o dimensionarne i principali parametri di progetto .

(ii) una prova orale (di cui una parte può avvenire preliminarmente in forma scritta, ma è poi discussa oralmente - punteggio pari a 70% del voto complessivo) che prevede la risposta a domande aperte sul funzionamento dei sistemi o delle relative tecniche di elaborazione.

La prova scritta si considera superata se almeno due dei tre esercizi è svolto in modo buono.

E' possibile sostituire la prova (i) con lo svolgimento di prove parziali svolte durante il corso delle lezioni sulla piattaforma Sapienza di e-learning.

METODI DI ACCERTAMENTO:

Verifica della conoscenza sui principi di gestione/organizzazione del traffico aereo; verifica delle conoscenze sugli elementi di calcolo delle probabilità usati per la valutazione delle prestazioni di strumenti CNS; verifica della conoscenza sul funzionamento dei sistemi di radionavigazione terrestre e satellitare; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi di radio-localizzazione terrestre e satellitare; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare un sistema di sorveglianza; verifica della conoscenza del funzionamento di un sistema di comunicazione.

CRITERI DI VALUTAZIONE:

Per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (27-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30 con lode)

SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS
STRUMENTI DI ACCERTAMENTO:

La verifica dell'apprendimento avviene tramite due prove:

(i) una prova scritta (della durata di tre ore - punteggio pari a 30% del voto complessivo), in cui si chiede allo studente di svolgere esercizi relativi alle prestazioni di sistemi di comunicazione, navigazione, sorveglianza o dimensionarne i principali parametri di progetto .

(ii) una prova orale (di cui una parte può avvenire preliminarmente in forma scritta, ma è poi discussa oralmente - punteggio pari a 70% del voto complessivo) che prevede la risposta a domande aperte sul funzionamento dei sistemi o delle relative tecniche di elaborazione.

La prova scritta si considera superata se almeno due dei tre esercizi è svolto in modo buono.

E' possibile sostituire la prova (i) con lo svolgimento di prove parziali svolte durante il corso delle lezioni sulla piattaforma Sapienza di e-learning.

METODI DI ACCERTAMENTO:

Verifica della conoscenza sui principi di gestione/organizzazione del traffico aereo; verifica delle conoscenze sugli elementi di calcolo delle probabilità usati per la valutazione delle prestazioni di strumenti CNS; verifica della conoscenza sul funzionamento dei sistemi di radionavigazione terrestre e satellitare; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi di radio-localizzazione terrestre e satellitare; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare un sistema di sorveglianza; verifica della conoscenza del funzionamento di un sistema di comunicazione.

CRITERI DI VALUTAZIONE:

Per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (27-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30 con lode)

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STRUMENTI DI ACCERTAMENTO:

La verifica dell'apprendimento avviene tramite due prove:

(i) una prova scritta (della durata di tre ore - punteggio pari a 30% del voto complessivo), in cui si chiede allo studente di svolgere esercizi relativi alle prestazioni di sistemi di comunicazione, navigazione, sorveglianza o dimensionarne i principali parametri di progetto .

(ii) una prova orale (di cui una parte può avvenire preliminarmente in forma scritta, ma è poi discussa oralmente - punteggio pari a 70% del voto complessivo) che prevede la risposta a domande aperte sul funzionamento dei sistemi o delle relative tecniche di elaborazione.

La prova scritta si considera superata se almeno due dei tre esercizi è svolto in modo buono.

E' possibile sostituire la prova (i) con lo svolgimento di prove parziali svolte durante il corso delle lezioni sulla piattaforma Sapienza di e-learning.

METODI DI ACCERTAMENTO:

Verifica della conoscenza sui principi di gestione/organizzazione del traffico aereo; verifica delle conoscenze sugli elementi di calcolo delle probabilità usati per la valutazione delle prestazioni di strumenti CNS; verifica della conoscenza sul funzionamento dei sistemi di radionavigazione terrestre e satellitare; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi di radio-localizzazione terrestre e satellitare; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare un sistema di sorveglianza; verifica della conoscenza del funzionamento di un sistema di comunicazione.

CRITERI DI VALUTAZIONE:

Per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (27-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30 con lode)

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STRUMENTI DI ACCERTAMENTO:

La verifica dell'apprendimento avviene tramite due prove:

(i) una prova scritta (della durata di tre ore - punteggio pari a 30% del voto complessivo), in cui si chiede allo studente di svolgere esercizi relativi alle prestazioni di sistemi di comunicazione, navigazione, sorveglianza o dimensionarne i principali parametri di progetto .

(ii) una prova orale (di cui una parte può avvenire preliminarmente in forma scritta, ma è poi discussa oralmente - punteggio pari a 70% del voto complessivo) che prevede la risposta a domande aperte sul funzionamento dei sistemi o delle relative tecniche di elaborazione.

La prova scritta si considera superata se almeno due dei tre esercizi è svolto in modo buono.

E' possibile sostituire la prova (i) con lo svolgimento di prove parziali svolte durante il corso delle lezioni sulla piattaforma Sapienza di e-learning.

METODI DI ACCERTAMENTO:

Verifica della conoscenza sui principi di gestione/organizzazione del traffico aereo; verifica delle conoscenze sugli elementi di calcolo delle probabilità usati per la valutazione delle prestazioni di strumenti CNS; verifica della conoscenza sul funzionamento dei sistemi di radionavigazione terrestre e satellitare; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi di radio-localizzazione terrestre e satellitare; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare un sistema di sorveglianza; verifica della conoscenza del funzionamento di un sistema di comunicazione.

CRITERI DI VALUTAZIONE:

Per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (27-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30 con lode)

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Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA

• Dispense di Controllo del Traffico Aereo, T. Bucciarelli
• ICAO - Annesso 10
• Materiale integrativo (lucidi del corso) disponibili sul sito web https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=6298

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• Dispense di Controllo del Traffico Aereo, T. Bucciarelli
• Kaplan, “Understanding GPS”, Artech House 1996,
• Materiale integrativo (lucidi del corso) disponibili sul sito web https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=6298

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA
N/D
Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS

• ICAO - Annesso 10
• Global Positioning System: Theory & Applications, Volume I, by Bradford W. Parkinson (Editor), James J. Spilker (Editor), ISBN-13: 978-1563471063, ISBN-10: 156347106X
• Global Positioning System: Theory and Applications, Volume II, by B. Parkinson (Author), J. Spilker Jr. (Author), P. Axelrad (Author), P. Enge (Author), ISBN-13: 978-1563471070, ISBN-10: 1563471078
• Giovanni Picardi: Elaborazione del Segnale Radar – Franco Angeli Libri S.r.L.

SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS
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• Dispense di Controllo del Traffico Aereo, T. Bucciarelli
• ICAO - Annesso 10
• Materiale integrativo (lucidi del corso) disponibili sul sito web https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=6298

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• Dispense di Controllo del Traffico Aereo, T. Bucciarelli
• Kaplan, “Understanding GPS”, Artech House 1996,
• Materiale integrativo (lucidi del corso) disponibili sul sito web https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=6298

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• ICAO - Annesso 10
• Global Positioning System: Theory & Applications, Volume I, by Bradford W. Parkinson (Editor), James J. Spilker (Editor), ISBN-13: 978-1563471063, ISBN-10: 156347106X
• Global Positioning System: Theory and Applications, Volume II, by B. Parkinson (Author), J. Spilker Jr. (Author), P. Axelrad (Author), P. Enge (Author), ISBN-13: 978-1563471070, ISBN-10: 1563471078
• Giovanni Picardi: Elaborazione del Segnale Radar – Franco Angeli Libri S.r.L.

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• Dispense di Controllo del Traffico Aereo, T. Bucciarelli
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• Materiale integrativo (lucidi del corso) disponibili sul sito web https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=6298

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• Materiale integrativo (lucidi del corso) disponibili sul sito web https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=6298

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• Global Positioning System: Theory & Applications, Volume I, by Bradford W. Parkinson (Editor), James J. Spilker (Editor), ISBN-13: 978-1563471063, ISBN-10: 156347106X
• Global Positioning System: Theory and Applications, Volume II, by B. Parkinson (Author), J. Spilker Jr. (Author), P. Axelrad (Author), P. Enge (Author), ISBN-13: 978-1563471070, ISBN-10: 1563471078
• Giovanni Picardi: Elaborazione del Segnale Radar – Franco Angeli Libri S.r.L.

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• Materiale integrativo (lucidi del corso) disponibili sul sito web https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=6298

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• ICAO - Annesso 10
• Global Positioning System: Theory & Applications, Volume I, by Bradford W. Parkinson (Editor), James J. Spilker (Editor), ISBN-13: 978-1563471063, ISBN-10: 156347106X
• Global Positioning System: Theory and Applications, Volume II, by B. Parkinson (Author), J. Spilker Jr. (Author), P. Axelrad (Author), P. Enge (Author), ISBN-13: 978-1563471070, ISBN-10: 1563471078
• Giovanni Picardi: Elaborazione del Segnale Radar – Franco Angeli Libri S.r.L.

Il corso di Dinamica del volo introduce lo studente allo studio dei moti del velivolo nello spazio e, trattando l’aeromobile come un sistema dinamico multicomponente, stabilisce i collegamenti tra le materie dell’aerodinamica, della propulsione e delle aerostrutture con quelle dei sistemi di volo e dei sistemi di controllo.
Obiettivi di apprendimento specifici: - Comprendere la dinamica e il controllo dei velivoli rispetto alle specifiche progettuali - Saper calcolare, avendone compreso il senso fisico, le derivate di stabilità e controllo dai parametri geometrici e aerodinamici dell’aereo - Comprendere e saper utilizzare la descrizione matematica del moto di corpo rigido dei velivoli - Saper determinare le caratteristiche di stabilità e la risposta ai controlli del velivolo - Essere capaci di lavorare in gruppo - Essere capaci di risolvere problemi con gli appropriati strumenti computazionali attraverso la conoscenza, l’applicazione e lo sviluppo di di codice di calcolo e/o dei moderni applicativi per la simulazione del volo.

Il corso introduce gli studenti allo studio della dinamica del velivolo. Sono presentati i principi fondamentali e le tecniche per la modellazione matematica, l'analisi della controllabilità e stabilità e per la valutazione delle qualità di volo, con alcuni cenni sui sistemi di aumento della stabiltà.

Dopo aver introdotto le terne di riferimento fondamentali e le variabili necessarie a descrivere il moto del velivolo (posizione e assetto) e a controllarlo (superfici aerodinamiche e manetta), vengono richiamate le equazioni di bilancio della quantità di moto e del momento della quantità di moto, che vengono poi specializzate al caso del volo di velivoli ad ala fissa, identificando i possibili equilibri.

Si studiano quindi la stabilità statica e il controllo longitudinale a comandi bloccati, a comandi liberi e in manovra. A partire dal modello del momento di cerniera si analizza l’uso delle alette di trim e altri tab, la forza di controllo e il relativo gradiente.

Si identifica il criterio di stabilità direzionale e gli effetti del controllo direzionale. Si analizza il problema della stabilità statica laterale e il controllo intorno all’asse di rollio.

Dopo aver introdotto il metodo delle piccole perturbazioni e aver linearizzato le equazioni del moto, si sviluppano i termini aerodinamici in forma linearizzata e si introducono le derivate di stabilità, ricavando le equazioni longitudinali e latero-direzionali in forma di spazio dello stato, risolte con il metodo della trasformata di Laplace. Si analizzano autovalori e autovettori della dinamica longitudinale (modi di fugoide e corto periodo), introducendo il criterio generale di stabilità statica longitudinale e derivando modelli semplificati del moto fugoide e del moto di corto periodo. Si analizza la risposta ai comandi stazionaria e istantanea, includendo gli effetti del gradiente di densità e della posizione del baricentro.

Si conduce poi l'analisi della dinamica latero-direzionale (modi spirale e di rollio, modo di dutch roll), i relativi modelli semplificati, e la risposta ai comandi latero-direzionali.

Il corso si conclude discutendo il problema delle qualità di volo e di pilotaggio e introducendo i sistemi di controllo automatico, con particolare attenzione ai sistemi di autopilotaggio e di aumento di stabilità.

Il corso è completato da esercitazioni in aula condotte in itinere e lavori/progetti di gruppo, da completare fuori dell'orario di lezione, con stesura di una relazione finale.

• Definizioni: sistema di controllo principale, terne di riferimento fondamentali. (4 ore)
• Testi di riferimento: Etkin, Reid, par. 1.6; Etkin, par. 4.2
• Equazioni di bilancio della quantità di moto e del momento della quantità di moto. Matrici di trasformazione. Angoli di Eulero. Determinazione dell’orientamento e della traiettoria. (3 ore)
• Testi di riferimento: Etkin, Reid, da par. 4.1 a 4.5
• Stabilità statica longitudinale: rigidezza di beccheggio, punto neutro. Controlo longitudinale. Momento di cerniera. Stabilità a comandi liberi. Alette di trim. Forza di controllo e relativo gradiente. Servo alette. Stabilità in manovra: forza di controllo per g. (12 ore)
• Testi di riferimento: Etkin, Reid, Cap. 2, par. 3.1, 3.2 e 3.7
• Stabilità statica latero-direzionale: criterio di stabilità direzionale. Rigidezza di imbardata. Controllo direzionale. Stabilità laterale: rigidezza di rollio. Controllo laterale. (5 ore)
• Testi di riferimento: Etkin, Reid, da par. 3.8 a 3.13
• Stabilità dinamica: metodo delle piccole perturbazioni. Linearizzazione delle equazioni del moto. Sviluppo dei termini aerodinamici in forma linearizzata: metodo di Bryan. Derivate di stabilità. Equazioni longitudinali e latero-direzionali in forma di stato. Soluzione dell'equazione di stato con il metodo della trasformata di Laplace. Autovalori ed autovettori della dinamica longitudinale. Modi caratteristici: fugoide e corto periodo. Criterio generale di stabilità statica longitudinale. Modelli semplificati del moto fugoide e del moto di corto periodo. Risposta stazionaria e istantanea. Effetti del gradiente di densità e della posizione del baricentro. (16 ore)
• Testi di riferimento: Etkin, Reid, da par. 4.9 a 4.11; da par. 5.1 a 5.5; da par. 6.1 a 6.6; par. 7.6 e 7.7
• Dinamica latero-direzionale: autovalori ed autovettori, moti spirale e di rollio, moto di dutch roll. Modelli semplificati. Risposta ai comandi latero-direzionali. (6 ore)
• Testi di riferimento: Etkin, Reid, da par. 5.6 a 5.8; par. 6.7 e 6.8; da par. 7.8 a 7.11
• Qualità di volo e di pilotaggio. Sistemi di controllo automatico: generalità e scopi. (11 ore)
• Testi di riferimento: Etkin, Reid, par. 1.4 e 1.5; Cap. 8
• Esercitazioni in aula (18 ore)
• Testi di riferimento: Materiale distribuito in classe durante le esercitazioni
• Lavori/progetti di gruppo (si completano fuori dell'orario di lezione) con stesura di una relazione finale. (11 ore)
• Testi di riferimento: Materiale distribuito in classe durante le esercitazioni

STRUMENTI DI ACCERTAMENTO

L’accertamento si effettua sulla base di una prova scritta, di una prova orale e di lavori di tipo progettuale svolti in piccoli gruppi. La prova scritta consiste in due sezioni, una di domande teoriche e una con esercizi. La prima sezione, della durata di circa 40 minuti, prevede domande su tutti gli argomenti del corso mentre la seconda verte sulla soluzione di uno o più problemi. La durata della seconda parte ha una durata variabile da 30 a 60 minuti, a seconda del numero degli esercizi. Nella seconda sezione sono utilizzabili testi, appunti e formulari. Il voto finale è espresso come segue:

• Lavori in gruppo: 15%
• Risposte estese prova scritta: 20%
• Esercizi prova scritta finale: 20%
• Prova orale: 45%

METODI DI ACCERTAMENTO

L’esame, oltre a richiedere dimostrazioni e, per la parte di esercizi, la soluzione di variazioni dei problemi risolti nel corso delle esercitazioni, prevede che lo studente sia in grado di integrare le competenze acquisite nel corso e di applicarle a problemi di una certa ampiezza, in un quadro non necessariamente prefissato. Un tipico esame consiste nella: verifica della comprensione degli argomenti del corso; verifica della capacità di analizzare la stabilità e la risposta ai comandi degli aeromobili; verifica della capacità di modellizzare l’aeromeccanica di un sistema aeronautico; verifica della conoscenza delle metodologie di analisi della stabilità, degli effetti dei principali parametri inerziali e aerodinamici sulla stabilità, e dei principali requisiti sulle qualità di volo del velivolo. Verifica della conoscenza di manovre ad alta incidenza. L'accertamento è supportato dalla valutazione delle relazioni sui lavori di gruppo dove si sono affrontati problemi di maggiore complessità (sviluppo e applicazione applicativi software, semplici sperimentazioni) con ampia autonomia e con un'organizzazione del lavoro definita dagli studenti nell'ambito di ogni gruppo.

CRITERI DI VALUTAZIONE

Per la prima sezione dell’esame scritto e per l'orale: conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-24); buona capacità di applicare la conoscenza (25-27); capacità di applicare la conoscenza a problemi di una certa complessità, di dimostrare approfondita comprensione dei temi del corso, e attitudine al ragionamento proponendo soluzioni anche originali (28-30 con lode)

Per la seconda parte dello scritto: capacità di risolvere solo parzialmente i problemi avendo identificato la procedura di soluzione (18-23); capacità di risolvere in modo soddisfacente i problemi, esponendo con chiarezza il metodo di soluzione e pervenendo, in parte o completamente, ai risultati attesi (24-27); capacità di risolvere gli esercizi senza alcun errore, esponendo con la massima chiarezza procedimento e risultati, anche per problemi di una certa complessità (28-30 con lode).

Per i lavori di gruppo: capacità minima (18-20), media (21-24), buona (25-27): di inquadrare e affrontare un problema di una certa complessità, di lavorare in gruppo, di identificare in modo indipendente l'appropriata metodologia di soluzione, di redigere una relazione tecnica. Capacità di proporre e applicare metodologie non convenzionali di soluzione, capacità di sviluppare in modo autonomo approfondimenti e riflessioni originali (28-30).

Testo ufficiale

• B. Etkin, L.D. Reid, Dynamics of Flight, Stability and Control, John Wiley & Sons, New York, 1996.
• R.F. Stengel, Flight Dynamics, Princeton University Press, Princeton 2014
• M.V. Cook, Flight Dynamics Principles: A Linear Systems Approach to Aircraft Stability and Control, Butterworth-Heinemann, 2013
• B.N. Pamadi, Performance, Stability, Dynamics and Control of Airplanes, AIAA Education Series, 1998
• M.J. Abzug, E.E. Larrabee, Airplane Stability and Control, Cambridge University Press, Cambridge, 1997.

Fornire le metodologie per la soluzione di flussi compressibili stazionari e non- stazionari su profili alari, ali finite ali ed in condotti.

Programma sintetico

Equazioni di conservazione, relazioni di salto: discontinuità di

contatto e urti. Flussi bidimensionali stazionari: equazione del

potenziale, criteri di similitudine. Teoria delle caratteristiche,

sistemi riducibili, invarianti di Riemann. Flussi piani supersonici,

flussi di Prandtl- Meyer, urti obliqui, polare dell’urto. Riflessione e

interazione e di onde, problema di Riemann, profili alari supersonici.

Urti staccati, teoria Newtoniana, interazione urto- strato limite.

Flussi supersonici su corpi assial-simmetrici. Ali supersoniche a delta

ed a freccia. Flussi transonici su profili ed in ugelli. Strato limite

termico, accoppiamento tra campo cinematico e termico. Flussi

turbolenti, RANSE, teoria della lunghezza di mescolamento. Flussi 1D

non stazionari, interazione e riflessione di onde, problema di Riemann.

Avviamento delle prese d’aria supersoniche. Flussi quasi- 1D non

stazionari

Programma dettagliato delle lezioni e delle esercitazioni

Lezione 1 Introduzione al Corso di Gasdinamica

Lezione 2 Equazioni del moto di un flusso comprimibile: Formulazione integrale, equazioni differenziali in forma di divergenza e quasi-lineari

Lezione 3 Soluzioni di Eulero e soluzioni asintotiche di N-S. Soluzioni classiche e soluzioni deboli. Discretizzazione ai volumi finiti

Lezione 4 Relazioni di salto per le onde d'urto e per le discontinuta' di contatto

Lezione 5 Teorema di Crocco. Equazioni del potenziale di un flusso comprimibile

Lezione 6 Similitudini subsonica, supersonica e transonica.

Lezione 7 Teoria delle caratteristiche: Equazioni delle caratteristiche e equazioni di compatibilita'

Lezione 8 Sistemi riducibili e loro proprieta'. Invarianti di Riemann, soluzioni zero, una e due famiglie

Lezione 9 Applicazione della teoria delle caratteristiche ai flusso supersonici omentropici bidimensionali: calcolo delle equazioni delle caratteristiche e degli invarianti di Riemann

Lezione 10 Espansione di Prandlt-Mayer, Riflessione di una espazione su di una parete.

Lezione 11 Progetto del divergente di un ugello, Ugelli di minima lunghezza, getto sotto-espanso.

Lezione 12 urti obliqui, urto forte e urto debole, polare dell'urto

Lezione 13 Riflessioni di obliqui urti di pareti (riflessione regolare e riflessione di Mach), Interazione di urti della stessa famiglia e di famiglia opposta, getti sovraespansi

Lezione 14 Urti staccati, flussi attorno a profili supersonici, resistenza d'onda, teoria urto-espansione (teoria esatta).

Lezione 15: Teoria del secondo ordine, urto normale non stazionario su rampe con angolo positivo e negativo, scie supersoniche.

Lezione 16: Teoria newtoniana, interazioni urto-strato limite.

Lezione 17: Flussi supersonici su corpi assialsimmetrici, Flussi assialsimmetrici in piccole perturbazioni, flusso su cono

Lezione 18: flusso assial-simmetrico su corpo di assial-simmetrici di forma assegnata. Urto conico, equazioni di Taylor-Maccoll, Mela di Busemann

Lezione 19: Flussi transonici, Equazione di tricomi, questione transonica.

Lezione 20: flusso transonico su un profilo, effetti della interazione urto-stato limite nel comportamento dei coeff. aerodinamici. effetto della freccia dell'ala.

Lezione 21 Ali supersoniche. Ali a freccia fissa e variabile.

Lezione 22: Metodo delle sorgenti supersoniche. Ala triangolare a pendenza costante.

Lezione 23: Ala a delta, Piante alari.

Lezione 24 Integrazione Ala + Fusoliera per velivolo transonico e supersonico. Legge di Whitecomb

Lezione 25 Flussi unidimensionali omentropici: equazioni per flussi con piccole perturbazioni.

Lezione 26 Flussi unidimensionali omentropici: equazioni non-lineari. Invarianti di Riemann e linee caratteristiche

Lezione 27: Flussi unidimensionali non stazionari: soluzioni con onde d'urto, interazioni tra onde d'urto

Lezione 28: il problema di Rienmann

Lezione 29: Flussi quasi-1D non stazionari: propagazione di Onde in condotti con variazioni di Area.

Lezione 30: Metodi numerici upwind e metodi shock-fitting

Lezione 31: Metodi shock-capturing e confronto con metodi shock-fitting. Flussi quasi-1D quasi-stazionari: avviamente delle prese d'aria.

Lezione 32: Analogia idraulica e Visione e commento dei film "Waves in fluids" e "Channel flow of a Compressibile Fluid"

Lezione 33: flussi viscosi in differenti regimi: convezione naturale, flussi a bassa velocita', a velocita' intermedia ed ad alta velocita', Strato limite termico e cinematico, significato del numero di Prandtl

Lezione 34: Strato limite compressibile: analogia di Reynolds. Riscaldamento aerodinamico

Lezione 35: Introduzione ai flussi turbolenti, Equazioni RANS

Lezione 36: Flussi turbolenti: Teoria della lunghezza di mescolamento, strato limite turbolento, leggi universali dello strato limite

Esercitazione 1 Flussi quasi-1D e propagazione acustica di disturbi.

Esercitazione 2 Similitudine, applicazione delle teoria delle caratteristiche e delle relazioni del salto. equazione del traffico.

Esercitazione 3 Flussi supersonici in piccole perturbazioni teoria di Ackeret.

Esercitazione 4 Calcolo di flussi supersonici con espansioni ed urti obliqui

Esercitazione n. 5 Calcolo di problemi di Riemann bidimensionali ed di altri problemi con algoritmi iterativi

Esercitazione 6: Calcolo coefficienti aerodinamici profilo con teoria urto-espansione, teoria del primo e secondo ordine, Teoria newtoniana, transizione riflessione di Mach e Riflessione regolare.

Esercitazione 7: Flussi su Coni, Teoria di Sauer.

Esercitazione 8: Ali a delta

Esercitazione 9: flussi unidimensionali in piccole perturbazioni.

Esercitazione 10: flussi unidimensionali non stazionari, problema di Riemann con variazione d'area

Esercitazione 11: Flussi unidimensionali non stazionari: problema di Riemann con variazione d'area. Prese d'aria supersoniche

Esercitazione 12: Strato limite compressibile.

La prova scritta che dura due ore consiste nella soluzione di 2-3 problemi di calcolo pratici. La prova orale consiste in domande di tipo teorico ed dura generalmente almeno 30-40 minuti. Il voto finale e' la media dei voti della prova scritta e della prova orale.

Filippo Sabetta "Gasdinamica" Casa Editrice Università LA SAPIENZA, 2009

Renato Paciorri "Esercizi di Gasdinamica" Edizioni Efesto, 2021

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding); Conoscenza dei principi primi della termofluidodinamica del propulsore, dei flussi compressibili quasi-mono-dimensionali, dei cicli termodinamici dei principali motori a turbina a gas, del flusso nelle turbo-macchine assiali, nelle prese dinamiche e ugelli propulsivi aeronautici, delle tecniche di correlazione delle perdite nelle turbomacchine assiali, della termochimica di equilibrio e non-equilibrio della combustione nel combustore, delle principali fenomenologie, teorie, e modelli matematici/numerici che caratterizzano i processi di combustione in miscele di gas reagenti chimicamente, dell’integrazione del propulsore nel sistema velivolo, della quantificazione dell’impatto ambientale dovuto alle emissioni di gas serra, di inquinanti e di rumore da parte dei motori aeronautici, ed i fattori sui quali si agisce per cercare di limitarlo, sia a livello di componenti, sia a livello di sistema (architetture propulsive e cicli termodinamici innovativi).
Conoscenza e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding); Capacità di eseguire un dimensionamento di massima dei componenti di un propulsore aeronautico, e delle prestazioni in e fuori progetto degli stessi componenti, tramite strumenti di calcolo prodotti dagli stessi studenti nel corso del lavoro di gruppo.
Gli obiettivi formativi si perseguono utilizzando esercitazioni in aula e revisioni del lavoro in corso d’opera. La verifica delle capacità acquisite avviene contestualmente a quella delle conoscenze durante le revisioni e nel corso.
Autonomia di giudizio (making judgements); Le competenze sono acquisite mediante lezioni frontali, attività di esercitazione in aula e per lo svolgimento di un lavoro di gruppo. La verifica delle conoscenze avviene tramite prove individuali e mediante relazioni scritte di gruppo che al contempo accertano e favoriscono l’acquisizione della capacità di comunicare efficacemente in forma scritta e/o orale.
Abilità comunicative (communication skills); Capacità di operare in gruppo, di presentare i risultati del lavoro di gruppo con presentazioni e brevi rapporti tecnici.
Capacità di apprendere (learning skills). Conoscenze caratterizzanti l’ingegnere sistemista della propulsione aeronautica intesa come progetto di massima del propulsore e verifica delle sue prestazioni in condizioni di progetto e fuori progetto.

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

La valutazione prevede una prova scritta, una prova orale, e la valutazione di un elaborato di gruppo prodotto durante il corso.

La prova scritta consiste di domande a risposta libera.

La durata della prova scritta è di 3 ore; al candidato non è concesso utilizzare nessun materiale durante la prova.

Gli elaborati sono valutati assommando da 0/30 a 3/30 in più rispetto al voto conseguito a valle delle prove scritta e orale.

La consegna dell’elaborato è un pre-requisito per la possibilità di sostenere la prova scritta.

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

S.L. Dixon, C.A. Hall, Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery, 6th ed., Elsevier (2010)

Saravanamuttoo, Rogers, Cohen, Gas Turbine Theory, Pearson Education Ltd., 5th ed., 2001

Meinhard Schobeiri, Turbomachinery Flow Physics and Dynamic Performance, Springer (2005)

Saeed Farokhi, Aircraft Propulsion, Wiley John + Sons (2008)

Hill-Peterson, Mechanics and Thermodynamics of Propulsion, 2nd Ed. , Addison-Wesley, 1992

A.F. El-Sayed, Aircraft Propulsion and Gas Turbine Engines, CRC Press, 2008

N. Cumpsty, Jet Propulsion, Cambridge U. Press, 1997

A.H. Shapiro, Compressible Fluid Flow, Vol.1, Wiley, 1953

GENERALI

Sono introdotti i fondamenti dell'organizzazione dello spazio aereo, i servizi del traffico aereo e gli strumenti di Comunicazione, Navigazione e Sorveglianza utilizzati in ambito aeronautico. Sono introdotte le rotte, le carte aeronautiche e le procedure di partenza ed arrivo.

Si richiamano i concetti della modulazione e della demodulazione analogica e digitale, insieme ai principi di funzionamento e alle caratteristiche principali delle antenne. Si introducono elementi di base sulle probabilità e sulla caratterizzazione degli eventi/processi aleatori.

Sono descritti i principi di funzionamento degli strumenti di navigazione aerea: i radio aiuti terrestri ed i sistemi di navigazione satellitare. Sono descritti e valutati in maniera critica i parametri di prestazione dei sistemi di navigazione, in termini di accuratezza, disponibilità, integrità e continuità ed i requisiti necessari per la gestione del rischio legato alle traiettorie nelle diverse fasi del volo.

Sono introdotti i sistemi di comunicazioni aeronautici per la trasmissione di voce e dati, sia punto-punto, che all'interno delle reti digitali per le telecomunicazioni aeronautiche.

Sono introdotti i sistemi di sorveglianza per il Controllo del Traffico Aereo, con particolare riferimento a radar primari, radar secondari, sistemi di multi-laterazione ed ADSB. Sono descritte le tecniche di tracciamento e predizione per la gestione del rischio di collisione in aria e sulla superficie.

SPECIFICI

Conoscenza e capacità di comprensione: al termine del corso lo studente ha acquisito una conoscenza di base di tematiche e strumentazioni/sistemi per la gestione del traffico aereo e la capacità di comprendere e valutare criticamente i parametri fondamentali degli strumenti/sistemi.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine del corso lo studente è in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per calcolare/analizzare le prestazioni fornite da strumentazioni/sistemi per la gestione del traffico aereo in termini di portate, bande e precisione di misura.

Autonomia di giudizio: al termine del corso lo studente ha sviluppato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze e gestire la complessità delle tecnologie dell’informazione impiegate negli scenari aeronautici, stimare la loro affidabilità e valutarne l’impatto sulla sicurezza del trasporto aereo, anche con riferimento alle responsabilità sociali ed etiche ad esse collegate.

Abilità comunicative: al termine del corso lo studente ha acquisito gli strumenti necessari per interagire con ingegneri, tecnici specialisti e interlocutori non specialisti che operano nell’area dell’informazione per la gestione e il controllo del trasporto aereo.

Capacità di apprendimento: al termine del corso lo studente ha sviluppato la capacità di approfondire autonomamente lo studio delle tecnologie che potranno essere utilizzate negli sviluppi futuri di metodologie e procedure per l’incremento della sicurezza e della capacità del traffico aereo.

GENERALI

Sono introdotti i fondamenti dell'organizzazione dello spazio aereo, i servizi del traffico aereo e gli strumenti di Comunicazione, Navigazione e Sorveglianza utilizzati in ambito aeronautico. Sono introdotte le rotte, le carte aeronautiche e le procedure di partenza ed arrivo.

Si richiamano i concetti della modulazione e della demodulazione analogica e digitale, insieme ai principi di funzionamento e alle caratteristiche principali delle antenne. Si introducono elementi di base sulle probabilità e sulla caratterizzazione degli eventi/processi aleatori.

Sono descritti i principi di funzionamento degli strumenti di navigazione aerea: i radio aiuti terrestri ed i sistemi di navigazione satellitare. Sono descritti e valutati in maniera critica i parametri di prestazione dei sistemi di navigazione, in termini di accuratezza, disponibilità, integrità e continuità ed i requisiti necessari per la gestione del rischio legato alle traiettorie nelle diverse fasi del volo.

Sono introdotti i sistemi di comunicazioni aeronautici per la trasmissione di voce e dati, sia punto-punto, che all'interno delle reti digitali per le telecomunicazioni aeronautiche.

Sono introdotti i sistemi di sorveglianza per il Controllo del Traffico Aereo, con particolare riferimento a radar primari, radar secondari, sistemi di multi-laterazione ed ADSB. Sono descritte le tecniche di tracciamento e predizione per la gestione del rischio di collisione in aria e sulla superficie.

SPECIFICI

Conoscenza e capacità di comprensione: al termine del corso lo studente ha acquisito una conoscenza di base di tematiche e strumentazioni/sistemi per la gestione del traffico aereo e la capacità di comprendere e valutare criticamente i parametri fondamentali degli strumenti/sistemi.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine del corso lo studente è in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per calcolare/analizzare le prestazioni fornite da strumentazioni/sistemi per la gestione del traffico aereo in termini di portate, bande e precisione di misura.

Autonomia di giudizio: al termine del corso lo studente ha sviluppato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze e gestire la complessità delle tecnologie dell’informazione impiegate negli scenari aeronautici, stimare la loro affidabilità e valutarne l’impatto sulla sicurezza del trasporto aereo, anche con riferimento alle responsabilità sociali ed etiche ad esse collegate.

Abilità comunicative: al termine del corso lo studente ha acquisito gli strumenti necessari per interagire con ingegneri, tecnici specialisti e interlocutori non specialisti che operano nell’area dell’informazione per la gestione e il controllo del trasporto aereo.

Capacità di apprendimento: al termine del corso lo studente ha sviluppato la capacità di approfondire autonomamente lo studio delle tecnologie che potranno essere utilizzate negli sviluppi futuri di metodologie e procedure per l’incremento della sicurezza e della capacità del traffico aereo.

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA
I sistemi di sorveglianza: (a) i sistemi radar: (a1) il radar primario: funzionamento base e caratteristiche di sistema; (a2) il radar secondario: funzionamento base e caratteristiche di sistema; stima angolare e monopulse. Modo S e TCAS. (b) Tracciamento.

A supporto e completamento di quanto sopra sono inoltre introdotte conoscenze di base: caratterizzazione del segnale nel dominio del tempo e della frequenza, modulazione (richiami), caratterizzazione del rumore termico e filtro adattato.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS
Sono introdotti i principi della gestione del traffico aereo e gli strumenti di Comunicazione, Navigazione e Sorveglianza (CNS) utilizzati in tale contesto.

Programma

a) Comunicazioni e radioaiuti terrestri alla navigazione

(i) il Controllo del Traffico Aereo (CTA): zone di controllo e requisiti, categorie di atterraggio;

(ii) i sistemi di Comunicazione: Radio analogiche e digitali; modulazioni; codifiche e prestazioni, con gli elementi di probabilità necessari a descriverli;

(iii) segnali, modulazioni ed antenne per il CNS

(iv) i radio-aiuti alla navigazione terrestri: funzionamento di NDB, VOR-DME, TACAN,

(b) Global Satellite Navigation Systems (GNSS) (in English):

(i) GPS, GLONASS, GALILEO: segmento spaziale, segmento di controllo e segmento utente.

(ii) Forme d'onda trasmesse e codici di posizionamento. Ricevitori GNSS. Tecniche di elaborazione del segnale: posizionamento del codice e della fase, correzione dell'errore ionosferico e troposferico.

(iii) Parametri di qualità per la valutazione delle prestazioni di posizionamento: matrice di covarianza degli errori e – Accuratezza, disponibilità, continuità e integrità. Elementi di affidabilità, ridondanza e garanzia delle prestazioni, continuità e integrità.

(iv) GPS differenziale (DGPS): RTCM e RTK. Contributi agli errori nelle osservabili e all'accuratezza delle misure di posizionamento. Sistemi di “Augmentation” (WAAS e EGNOS) e interoperabilità tra sistemi di navigazione (es. GPS e GLONASS).

(v) Posizionamento e tracciamento di veicoli spaziali e oggetti mediante tecniche Radar e Multilaterazione.

(c) Sistemi di sorveglianza

(i) elementi di probabilità per i sistemi di CNS

(ii) il radar primario

(iii) il radar secondario e di Modo S

(iv) i sistemi di multilaterazione

(v) il sistema di ADS-B

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA

• Caratterizzazione del

segnale utile e del segnale di rumore & filtraggio adattato

• Radar primario di sorveglianza:

principio di funzionamento per la rivelazione e localizzazione;

• Radar primario di

sorveglianza: prestazioni, equazione radar e dimensionamento

• Radar secondario: principio di

funzionamento e caratteristiche/problematiche fondamentali;

• Radar secondario monopulse:

tecnica monopulse per la misura della direzione di arrivo e relative

prestazioni;

• Radar secondario di modo S:

interrogazione selettiva e integrazione Com e Surv e TCAS;

• Fusione radar primario e

secondario e tracciamento dei bersagli – filtro alfa-beta. Introduzione al tracciamento

multi-sensore.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS

• Introduzione alle

tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento

esercitazioni e di valutazione. - (1 ora)

• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul

sito web

• Apparati di

Comunicazione Navigazione e Sorveglianza (CNS), Servizi del Traffico Aereo ATS)

e loro organizzazione. - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides: 1a_IntroATC

1b_spazioaereo,

1c_procedureATC;

ICAO Annesso 2, 11

Cap1_Introduzione CTA - T. Bucciarelli

• Distance measuring Equipment (DME) - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

2a_DME;

ICAO

Annesso 10

• Antenne per TLC isotrope

e direzionali: lineari, ad apertura ed a telaio - ( 5 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

3_antenne_TLC

• Automatic Direction

Finder (ADF) operante con beacon non direttivi (NDB). - (4 ore)

• Testi di riferimento: Automatic

Direction Finder (ADF) operating with Non Directional Beacon (NDB)

• Modulazioni analogiche - ( 4 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

5a_modulazione_AM_PMFM

• VHF Omnidirectiona Range (VOR) convenzionale e Doppler - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

6a_VOR

• ADSB e

link radio digitali - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

7a_ADSB

8b_Multilaterazione

9b_VHF_datalink

• Tecnologie più

recenti in ATC: A-SMGCS, Remote Towers, Spazioporti, Unmanned Regulation and surveillance - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slides:10_advanced_ATC11_Advanced_Technology4ATC
• Principi di funzionamento dei global navigation satellite systems (GNSS) - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 31_GNSS_2024_principles_v7 ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• Soluzione Navigazionale; Segnali GPS e ricevitore GNSS - (7 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 32_GNSS_atmosphere_and_solution 33_GNSS_signal.pdf 34_GNSS_receiverED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• Errori di propagazione; accuratezza, disponibilità, integrità e continuità dei GNSS - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 32_GNSS_atmosphere_and_solution 36_GNSS_accuracy 35_GNSS_performance ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• GPS differenziale Local Area, Wide Area, e Galileo - (6 ore)
• Testi di riferimento: 35_GNSS_performance 37_GNSS_Galileo ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”

STRUMENTI DI ACCERTAMENTO:

La verifica dell'apprendimento avviene tramite due prove:

(i) una prova scritta (della durata di tre ore - punteggio pari a 30% del voto complessivo), in cui si chiede allo studente di svolgere esercizi relativi alle prestazioni di sistemi di comunicazione, navigazione, sorveglianza o dimensionarne i principali parametri di progetto .

(ii) una prova orale (di cui una parte può avvenire preliminarmente in forma scritta, ma è poi discussa oralmente - punteggio pari a 70% del voto complessivo) che prevede la risposta a domande aperte sul funzionamento dei sistemi o delle relative tecniche di elaborazione.

La prova scritta si considera superata se almeno due dei tre esercizi è svolto in modo buono.

E' possibile sostituire la prova (i) con lo svolgimento di prove parziali svolte durante il corso delle lezioni sulla piattaforma Sapienza di e-learning.

METODI DI ACCERTAMENTO:

Verifica della conoscenza sui principi di gestione/organizzazione del traffico aereo; verifica delle conoscenze sugli elementi di calcolo delle probabilità usati per la valutazione delle prestazioni di strumenti CNS; verifica della conoscenza sul funzionamento dei sistemi di radionavigazione terrestre e satellitare; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi di radio-localizzazione terrestre e satellitare; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare un sistema di sorveglianza; verifica della conoscenza del funzionamento di un sistema di comunicazione.

CRITERI DI VALUTAZIONE:

Per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (27-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30 con lode)

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA

• Dispense di Controllo del Traffico Aereo, T. Bucciarelli
• ICAO - Annesso 10
• Materiale integrativo (lucidi del corso) disponibili sul sito web https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=6298

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS

• Dispense di Controllo del Traffico Aereo, T. Bucciarelli
• Kaplan, “Understanding GPS”, Artech House 1996,
• Materiale integrativo (lucidi del corso) disponibili sul sito web https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=6298

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA
N/D
Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS

• ICAO - Annesso 10
• Global Positioning System: Theory & Applications, Volume I, by Bradford W. Parkinson (Editor), James J. Spilker (Editor), ISBN-13: 978-1563471063, ISBN-10: 156347106X
• Global Positioning System: Theory and Applications, Volume II, by B. Parkinson (Author), J. Spilker Jr. (Author), P. Axelrad (Author), P. Enge (Author), ISBN-13: 978-1563471070, ISBN-10: 1563471078
• Giovanni Picardi: Elaborazione del Segnale Radar – Franco Angeli Libri S.r.L.

GENERALI

Sono introdotti i fondamenti dell'organizzazione dello spazio aereo, i servizi del traffico aereo e gli strumenti di Comunicazione, Navigazione e Sorveglianza utilizzati in ambito aeronautico. Sono introdotte le rotte, le carte aeronautiche e le procedure di partenza ed arrivo.

Si richiamano i concetti della modulazione e della demodulazione analogica e digitale, insieme ai principi di funzionamento e alle caratteristiche principali delle antenne. Si introducono elementi di base sulle probabilità e sulla caratterizzazione degli eventi/processi aleatori.

Sono descritti i principi di funzionamento degli strumenti di navigazione aerea: i radio aiuti terrestri ed i sistemi di navigazione satellitare. Sono descritti e valutati in maniera critica i parametri di prestazione dei sistemi di navigazione, in termini di accuratezza, disponibilità, integrità e continuità ed i requisiti necessari per la gestione del rischio legato alle traiettorie nelle diverse fasi del volo.

Sono introdotti i sistemi di comunicazioni aeronautici per la trasmissione di voce e dati, sia punto-punto, che all'interno delle reti digitali per le telecomunicazioni aeronautiche.

Sono introdotti i sistemi di sorveglianza per il Controllo del Traffico Aereo, con particolare riferimento a radar primari, radar secondari, sistemi di multi-laterazione ed ADSB. Sono descritte le tecniche di tracciamento e predizione per la gestione del rischio di collisione in aria e sulla superficie.

SPECIFICI

Conoscenza e capacità di comprensione: al termine del corso lo studente ha acquisito una conoscenza di base di tematiche e strumentazioni/sistemi per la gestione del traffico aereo e la capacità di comprendere e valutare criticamente i parametri fondamentali degli strumenti/sistemi.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine del corso lo studente è in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per calcolare/analizzare le prestazioni fornite da strumentazioni/sistemi per la gestione del traffico aereo in termini di portate, bande e precisione di misura.

Autonomia di giudizio: al termine del corso lo studente ha sviluppato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze e gestire la complessità delle tecnologie dell’informazione impiegate negli scenari aeronautici, stimare la loro affidabilità e valutarne l’impatto sulla sicurezza del trasporto aereo, anche con riferimento alle responsabilità sociali ed etiche ad esse collegate.

Abilità comunicative: al termine del corso lo studente ha acquisito gli strumenti necessari per interagire con ingegneri, tecnici specialisti e interlocutori non specialisti che operano nell’area dell’informazione per la gestione e il controllo del trasporto aereo.

Capacità di apprendimento: al termine del corso lo studente ha sviluppato la capacità di approfondire autonomamente lo studio delle tecnologie che potranno essere utilizzate negli sviluppi futuri di metodologie e procedure per l’incremento della sicurezza e della capacità del traffico aereo.

GENERALI

Sono introdotti i fondamenti dell'organizzazione dello spazio aereo, i servizi del traffico aereo e gli strumenti di Comunicazione, Navigazione e Sorveglianza utilizzati in ambito aeronautico. Sono introdotte le rotte, le carte aeronautiche e le procedure di partenza ed arrivo.

Si richiamano i concetti della modulazione e della demodulazione analogica e digitale, insieme ai principi di funzionamento e alle caratteristiche principali delle antenne. Si introducono elementi di base sulle probabilità e sulla caratterizzazione degli eventi/processi aleatori.

Sono descritti i principi di funzionamento degli strumenti di navigazione aerea: i radio aiuti terrestri ed i sistemi di navigazione satellitare. Sono descritti e valutati in maniera critica i parametri di prestazione dei sistemi di navigazione, in termini di accuratezza, disponibilità, integrità e continuità ed i requisiti necessari per la gestione del rischio legato alle traiettorie nelle diverse fasi del volo.

Sono introdotti i sistemi di comunicazioni aeronautici per la trasmissione di voce e dati, sia punto-punto, che all'interno delle reti digitali per le telecomunicazioni aeronautiche.

Sono introdotti i sistemi di sorveglianza per il Controllo del Traffico Aereo, con particolare riferimento a radar primari, radar secondari, sistemi di multi-laterazione ed ADSB. Sono descritte le tecniche di tracciamento e predizione per la gestione del rischio di collisione in aria e sulla superficie.

SPECIFICI

Conoscenza e capacità di comprensione: al termine del corso lo studente ha acquisito una conoscenza di base di tematiche e strumentazioni/sistemi per la gestione del traffico aereo e la capacità di comprendere e valutare criticamente i parametri fondamentali degli strumenti/sistemi.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine del corso lo studente è in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per calcolare/analizzare le prestazioni fornite da strumentazioni/sistemi per la gestione del traffico aereo in termini di portate, bande e precisione di misura.

Autonomia di giudizio: al termine del corso lo studente ha sviluppato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze e gestire la complessità delle tecnologie dell’informazione impiegate negli scenari aeronautici, stimare la loro affidabilità e valutarne l’impatto sulla sicurezza del trasporto aereo, anche con riferimento alle responsabilità sociali ed etiche ad esse collegate.

Abilità comunicative: al termine del corso lo studente ha acquisito gli strumenti necessari per interagire con ingegneri, tecnici specialisti e interlocutori non specialisti che operano nell’area dell’informazione per la gestione e il controllo del trasporto aereo.

Capacità di apprendimento: al termine del corso lo studente ha sviluppato la capacità di approfondire autonomamente lo studio delle tecnologie che potranno essere utilizzate negli sviluppi futuri di metodologie e procedure per l’incremento della sicurezza e della capacità del traffico aereo.

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA
I sistemi di sorveglianza: (a) i sistemi radar: (a1) il radar primario: funzionamento base e caratteristiche di sistema; (a2) il radar secondario: funzionamento base e caratteristiche di sistema; stima angolare e monopulse. Modo S e TCAS. (b) Tracciamento.

A supporto e completamento di quanto sopra sono inoltre introdotte conoscenze di base: caratterizzazione del segnale nel dominio del tempo e della frequenza, modulazione (richiami), caratterizzazione del rumore termico e filtro adattato.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS
Sono introdotti i principi della gestione del traffico aereo e gli strumenti di Comunicazione, Navigazione e Sorveglianza (CNS) utilizzati in tale contesto.

Programma

a) Comunicazioni e radioaiuti terrestri alla navigazione

(i) il Controllo del Traffico Aereo (CTA): zone di controllo e requisiti, categorie di atterraggio;

(ii) i sistemi di Comunicazione: Radio analogiche e digitali; modulazioni; codifiche e prestazioni, con gli elementi di probabilità necessari a descriverli;

(iii) segnali, modulazioni ed antenne per il CNS

(iv) i radio-aiuti alla navigazione terrestri: funzionamento di NDB, VOR-DME, TACAN,

(b) Global Satellite Navigation Systems (GNSS) (in English):

(i) GPS, GLONASS, GALILEO: segmento spaziale, segmento di controllo e segmento utente.

(ii) Forme d'onda trasmesse e codici di posizionamento. Ricevitori GNSS. Tecniche di elaborazione del segnale: posizionamento del codice e della fase, correzione dell'errore ionosferico e troposferico.

(iii) Parametri di qualità per la valutazione delle prestazioni di posizionamento: matrice di covarianza degli errori e – Accuratezza, disponibilità, continuità e integrità. Elementi di affidabilità, ridondanza e garanzia delle prestazioni, continuità e integrità.

(iv) GPS differenziale (DGPS): RTCM e RTK. Contributi agli errori nelle osservabili e all'accuratezza delle misure di posizionamento. Sistemi di “Augmentation” (WAAS e EGNOS) e interoperabilità tra sistemi di navigazione (es. GPS e GLONASS).

(v) Posizionamento e tracciamento di veicoli spaziali e oggetti mediante tecniche Radar e Multilaterazione.

(c) Sistemi di sorveglianza

(i) elementi di probabilità per i sistemi di CNS

(ii) il radar primario

(iii) il radar secondario e di Modo S

(iv) i sistemi di multilaterazione

(v) il sistema di ADS-B

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA

• Caratterizzazione del

segnale utile e del segnale di rumore & filtraggio adattato

• Radar primario di sorveglianza:

principio di funzionamento per la rivelazione e localizzazione;

• Radar primario di

sorveglianza: prestazioni, equazione radar e dimensionamento

• Radar secondario: principio di

funzionamento e caratteristiche/problematiche fondamentali;

• Radar secondario monopulse:

tecnica monopulse per la misura della direzione di arrivo e relative

prestazioni;

• Radar secondario di modo S:

interrogazione selettiva e integrazione Com e Surv e TCAS;

• Fusione radar primario e

secondario e tracciamento dei bersagli – filtro alfa-beta. Introduzione al tracciamento

multi-sensore.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS

• Introduzione alle

tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento

esercitazioni e di valutazione. - (1 ora)

• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul

sito web

• Apparati di

Comunicazione Navigazione e Sorveglianza (CNS), Servizi del Traffico Aereo ATS)

e loro organizzazione. - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides: 1a_IntroATC

1b_spazioaereo,

1c_procedureATC;

ICAO Annesso 2, 11

Cap1_Introduzione CTA - T. Bucciarelli

• Distance measuring Equipment (DME) - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

2a_DME;

ICAO

Annesso 10

• Antenne per TLC isotrope

e direzionali: lineari, ad apertura ed a telaio - ( 5 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

3_antenne_TLC

• Automatic Direction

Finder (ADF) operante con beacon non direttivi (NDB). - (4 ore)

• Testi di riferimento: Automatic

Direction Finder (ADF) operating with Non Directional Beacon (NDB)

• Modulazioni analogiche - ( 4 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

5a_modulazione_AM_PMFM

• VHF Omnidirectiona Range (VOR) convenzionale e Doppler - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

6a_VOR

• ADSB e

link radio digitali - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

7a_ADSB

8b_Multilaterazione

9b_VHF_datalink

• Tecnologie più

recenti in ATC: A-SMGCS, Remote Towers, Spazioporti, Unmanned Regulation and surveillance - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slides:10_advanced_ATC11_Advanced_Technology4ATC
• Principi di funzionamento dei global navigation satellite systems (GNSS) - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 31_GNSS_2024_principles_v7 ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• Soluzione Navigazionale; Segnali GPS e ricevitore GNSS - (7 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 32_GNSS_atmosphere_and_solution 33_GNSS_signal.pdf 34_GNSS_receiverED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• Errori di propagazione; accuratezza, disponibilità, integrità e continuità dei GNSS - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 32_GNSS_atmosphere_and_solution 36_GNSS_accuracy 35_GNSS_performance ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”
• GPS differenziale Local Area, Wide Area, e Galileo - (6 ore)
• Testi di riferimento: 35_GNSS_performance 37_GNSS_Galileo ED Kaplan, C Hegarty, "Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications”

STRUMENTI DI ACCERTAMENTO:

La verifica dell'apprendimento avviene tramite due prove:

(i) una prova scritta (della durata di tre ore - punteggio pari a 30% del voto complessivo), in cui si chiede allo studente di svolgere esercizi relativi alle prestazioni di sistemi di comunicazione, navigazione, sorveglianza o dimensionarne i principali parametri di progetto .

(ii) una prova orale (di cui una parte può avvenire preliminarmente in forma scritta, ma è poi discussa oralmente - punteggio pari a 70% del voto complessivo) che prevede la risposta a domande aperte sul funzionamento dei sistemi o delle relative tecniche di elaborazione.

La prova scritta si considera superata se almeno due dei tre esercizi è svolto in modo buono.

E' possibile sostituire la prova (i) con lo svolgimento di prove parziali svolte durante il corso delle lezioni sulla piattaforma Sapienza di e-learning.

METODI DI ACCERTAMENTO:

Verifica della conoscenza sui principi di gestione/organizzazione del traffico aereo; verifica delle conoscenze sugli elementi di calcolo delle probabilità usati per la valutazione delle prestazioni di strumenti CNS; verifica della conoscenza sul funzionamento dei sistemi di radionavigazione terrestre e satellitare; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi di radio-localizzazione terrestre e satellitare; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare un sistema di sorveglianza; verifica della conoscenza del funzionamento di un sistema di comunicazione.

CRITERI DI VALUTAZIONE:

Per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (27-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30 con lode)

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA

• Dispense di Controllo del Traffico Aereo, T. Bucciarelli
• ICAO - Annesso 10
• Materiale integrativo (lucidi del corso) disponibili sul sito web https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=6298

Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS

• Dispense di Controllo del Traffico Aereo, T. Bucciarelli
• Kaplan, “Understanding GPS”, Artech House 1996,
• Materiale integrativo (lucidi del corso) disponibili sul sito web https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=6298

Modulo: SISTEMI DI SORVEGLIANZA
N/D
Modulo: SATELLITE NAVIGATION AND COMMUNICATION SYSTEMS

• ICAO - Annesso 10
• Global Positioning System: Theory & Applications, Volume I, by Bradford W. Parkinson (Editor), James J. Spilker (Editor), ISBN-13: 978-1563471063, ISBN-10: 156347106X
• Global Positioning System: Theory and Applications, Volume II, by B. Parkinson (Author), J. Spilker Jr. (Author), P. Axelrad (Author), P. Enge (Author), ISBN-13: 978-1563471070, ISBN-10: 1563471078
• Giovanni Picardi: Elaborazione del Segnale Radar – Franco Angeli Libri S.r.L.

Obiettivo formativo del corso è acquisire le conoscenze su analisi e progetto di strutture aeronautiche sulla base della previsione del loro comportamento teorico e della simulazione numerica delle loro prestazioni ordinarie e critiche nelle diverse condizioni operative in ambiente aero-termo-meccanico ostile. In tale ambito particolare attenzione è data agli aspetti innovativi della progettazione aeronautica legati alle tecniche multi-disciplinari di analisi e progetto aerostrutturale in ottica di sostenibilità con costante riferimento all’ottimizzazione strutturale dei pesi della struttura e a beneficio di un minore consumo propulsivo ed impatto ambientale.
È inoltre obiettivo formativo del corso far acquisire allo studente capacità di utilizzare e sviluppare software per analizzare comportamenti strutturali e per progettare strutture aeronautiche, di valutarne ed interpretarne i risultati; di acquisire capacità di attitudine alla ricerca scientifica oltre che alle applicazioni ingegneristiche, di saper riconoscere, all’interno di una fase di progettazione strutturale aeronautica e di un processo produttivo, i momenti in cui le differenti metodologie, strumenti di analisi e tecnologie entrano in gioco.

A) EQUAZIONI BASE della meccanica linearizzata dei solidi e delle strutture spazio-discret(-izzat-)e - Approccio debole e Metodo degli Elementi Finiti (MEF)

A.1 Richiami di meccanica dei continui solidi elastici lineari

Concetti preliminari della meccanica dei continui solidi. Punto di vista Euleriano e Lagrangiano. Basi locali. Derivazione ed integrazione su domini euleriani (variabili nel tempo) e lagrangiani. Teorema del trasporto di Reynolds in forma locale. Principio di conservazione della massa e sue localizzazioni. Secondo teorema del trasporto di Reynolds. Assiomi della meccanica del continuo. Forme locali del principio di conservazione della quantità di moto, Teoremi di Cauchy. Localizzazione del momento della quantità di moto: simmetria del tensore degli sforzi e teorema di conservazione della potenza meccanica. Esistenza del vettore densità di calore. Forma locale di conservazione dell'Energia. Concetto di deformazione per un solido. Velocità di deformazione.

(Secondo) Principio della termodinamica (postulato di Clausius) e sua forma locale. Forma locale di conservazione dell'Energia in forma di Entropia per i solidi. Trasformazioni reversibili ed irreversibili per i solidi. Solidi elastici. Solidi elastici lineari. Caratterizzazione dei solidi elastici lineari. Solidi elastici lineari isotropi (hookeani). Costanti elastiche e loro vincoli.

A.2 Formulazione del problema in forma debole: equazioni globali del MEF

Formulazione del problema in forma debole del metodo degli spostamenti. Legge dei lavori virtuali (formulazione debole) ed equazioni di Lagrange per i solidi elastici lineari con ipotesi sul campo di spostamento del metodo degli Elementi Finiti (funzioni-base “a tenda”). Equazioni di Lagrange per un solido elastico lineare. Formulazione debole come approccio “alla Galerkin”. Struttura e proprietà della matrici di massa e rigidezza (per solido elastico ed elastico isotropo).

A.3 Elementi Finiti 1D, 2D e 3D, equazioni locali ed assemblaggio

Visione locale “di elemento” con campo di spostamenti, funzione di forma, legame cinematico e costitutivo di elemento. Scrittura dell’equilibrio in forma debole: matrici di massa e di rigidezza di elemento. L’elemento 2D triangolare piano a tre nodi (membranale a sforzo piano): effetto dell’aumento dei nodi. Elemento 1D a due nodi di asta e barra di torsione (matrice di rigidezza di elemento); elemento 1D a due nodi di trave di Eulero (matrice di rigidezza di elemento); caso generale di elemento 1D a due nodi nello spazio (matrice di rigidezza totale di elemento). Elemento 2D quadrilatero piano a quattro nodi (membranale a sforzo piano): effetti dell’incremento dei nodi. Elemento 2D quadrilatero piano di piastra a flessione (cenni sull’ elemento quadrilatero generico flesso-membranale). Elemento 3D tetraedrico per il problema elastico generale: cenni sull’aumento del numero di nodi e sull’elemento parallelepipedo. Assemblaggio generico degli EF sulla base della formulazione debole: somma partizionata delle matrici. Assemblaggio delle matrici di elemento e dei carichi di elemento. Imposizione delle condizioni al contorno. Cenni sulle Proprietà e caratteristiche degli elementi finiti di completezza, compatibilità, convergenza e invarianza geometrica.

B) METODI DI SOLUZIONE della meccanica linearizata dei solidi e delle strutture spazio-discr(-izzat-)e

B.1 Risposta libera e forzata

Formulazione Problema EDO del II ordine dalle equazioni di Lagrange linearizzate. Problema di autovalori associato. Proprietà intrinseche e tre teoremi sul problema di autovalori associato. Risposta libera. Soluzione in forma chiusa del problema omogeneo: identificazione dei modi e frequenze proprie di vibrazione con autovettori ed autovalori. Relazione tra problema di autovalori a due matrici e problema di autovalori standard. Coordinate Lagrangiane FEM v.s. coordinate modali. Convergenza della soluzione. Risposta forzata di sistemi EDO lineari del II ordine a coefficienti costanti per la dinamica strutturale. Richiami sulle trasformate ed antitrasformate di Laplace e di Fourier; trasformate di finzioni elementari. Matrici di trasferimento (dominio di Laplace) e delle funzioni di risposta in frequenza (dominio di Fourier) su base spaziale e spettrale. Matrice delle Funzioni di Trasferimento e matrice delle Funzioni di Risposta in Frequenza per un sistema dinamico vibratorio: Serie di Fourier monolatera e bilatera; integrale e trasformata di Fourier. Matrice delle Funzioni di Risposta in Frequenza per un sistema dinamico vibratorio: trasformata di Fourier come limite della serie di Fourier. Significato delle funzioni di risposta in frequenza ad un ingresso armonico semplice. Significato della matrice delle funzioni di risposta in frequenza a più ingressi di armonici sincronizzati. Condizioni di risonanza per sistemi a N dofs, appropriazione modale e condizioni di ortogonalità del carico.

B.2.Modellizzazione e analisi di strutture smorzate

Considerazioni termodinamiche generali sullo smorzamento nei continui solidi. Modelli lineari per solidi viscosi. Discretizzazione spaziale (Eq. di Lagrange) per solidi viscosi in campo lineare. Proprietà generali della matrice di smorzamento viscoso. Modelli lineari per solidi a smorzamento debole: matrice di smorzamento viscoso, stima degli autovalori ed autovettori per sistemi debolmente smorzati (teoria di Rayleigh-Basile), smorzamento modale, smorzamento proporzionale. Cenni sullo smorzamento viscoso non-debole.

C) EQUAZIONI BASE E SOLUZIONI della meccanica linearizzata dei solidi spazio-continui

Dinamica dei sistemi spazio-continui. Operatori lineari strutturali (esempi, 1D, 2D, e 3D; prodotto interno, serie di funzioni ortogonali. Operatori aggiunti ed autoaggiunti. Teorema di Betti-Castigliano. Tre teoremi spettrali. Esempio: le autofunzioni dell’asta. Il metodo delle autofunzioni per la soluzione di problemi elastici lineari spazio-continui: a) Problemi di risposta dinamica libera (le autofunzioni come modi propri di vibrazione); b) Problemi di risposta statica (esempio di risposta di una piastra appoggiata nei quattro lati, soluzione alla Navier).

D) STRUTTURE AERONAUTICHE SOTTILI BIDIMENSIONALI

D.1 Strutture a piastra isotrope ed in materiale composito

Il modello di piastra isotropa puramente inflessa (con piano medio indeformabile a membrana) rettangolare per piccoli spostamenti: campo cinematico, delle deformazioni e degli sforzi; equilibrio. Equazioni di equilibrio e finali della piastra puramente inflessa omogenea isotropa. Equazioni della piastra multistrato. Condizioni al contorno. Soluzione della piastra con carico a membrana e imperfezione (campo di spostamenti) iniziale prescritta: soluzione con autofunzioni. Problemi termici per le piastre puramente inflesse: riduzione del problema al secondo ordine e risoluzione con autofunzioni alla Navier. Equazioni della piastra isotropa con piano medio deformabile a membrana: equazioni e campo cinematico, equazioni costitutive ed equazioni di equilibrio scritte nella configurazione deformata. Problema nel piano e fuori del piano (accoppiamento ad una via). Esempio guida della piastra rettangolare appoggiata nei quattro lati con carico a membrana nei due lati opposti: i) soluzione del problema statico nel piano; ii) soluzione del problema flessionale dinamico con il metodo delle autofunzioni e discussione della stabilità: determinazione del carico limite di buckling e della deformata critica. Caratterizzazione elastica lineare di una lamina di composito unidirezionale a fibra lunga come continuo ortotropo 2D. Equazioni della piastra laminata. Soluzione con metodo delle autofunzioni per piastre laminate ortotrope.

D.2 Strutture a guscio

Considerazioni generali sulle strutture a guscio: modelli membranali e modelli flessionali. Caso guida del guscio sferico per il comportamento a membrana e flessionale dei gusci. Le equazioni base del comportamento a membrana di gusci di rivoluzione con carico assialsimmetrico. La soluzione analitica in termini di stato di sforzo per un guscio a generica geometria assialsimmetrica con carico assialsimmetrico. Alcune soluzioni analitiche: i) guscio sferico chiuso a pressione; ii) cupola chiusa sottoposta al proprio peso (cambio segno tensioni circonferenziali); iii) cupola aperta con carico in sommità sottoposta al suo peso. iv) le chiusure sferiche o ellittiche dei serbatoi cilindrici a pressione; v) guscio conico; vi) guscio cilindrico; vii) guscio toroidale (argomento facoltativo). Le equazioni base dei gusci a membrana di rivoluzione con carico NON assialsimmetrico. Alcune soluzioni analitiche per i gusci assialsimmetrici a carico non assialsimmetrico: i) serbatoio cilindrico chiuso contenente fluido pesante; ii) calotta sferica sottoposta a vento (solo equazioni base). Gusci a comportamento flessionale: le ipotesi base per la teoria dei gusci flessionali, presenza delle curvature nelle caratterizzazioni di sforzo, legame costitutivo locale e globale. Gusci a comportamento flessionale: equazioni con il metodo degli spostamenti per il cilindro circolare con carico assialsimmetrico. Soluzione del problema statico libero con sole condizioni al contorno (soluzione omogenea). Alcune soluzioni per il cilindro Flessionale con carico assialsimmetrico: i) risposta statica ad un carico anulare; ii) risposta statica a forze e momenti di estremità e sforzo termico in un guscio cilindrico; iii) cenni alle chiusure sferiche ed ellissoidali di gusci cilindrici pressurizzati (argomento facoltativo). iv) Carico critico per un cilindro presso-compresso semplicemente appoggiato all’estremità.

E) Progetto ottimo (Optimal Design) a singolo e a multi-obiettivo nelle strutture aeronautiche

Introduzione sull'utilizzo di tecniche di ottimizzazione in ingegneria strutturale. Formulazione generale del problema di ottimizzazione strutturale: funzione costo, variabili di progetto e vincoli. Soluzione analitica e condizioni di Kuhn-Tucker. Cenno sui metodi numerici per problemi non analitici (stepest descendent e Newton method). Esempi di ottimizzazione strutturale mono-obiettivo. Cenni ai principi ed applicazioni di ottimizzazione multi-obiettivo: pareto ottimalità, algoritmi basati sul gradiente ed algoritmi genetici.

F) Esercitazioni numeriche su componenti di strutture aeronautiche

• Risposta statica di una struttura tipo cassone alare con il metodo degli Elementi Finiti. Confronti con soluzioni analitiche elementari di trave incastrata a flessione e struttura a parete sottile chiusa a torsione.
• Risposta dinamica di una struttura tipo cassone alare con il metodo degli Elementi Finiti.
• Risposta statica di una piastra rettangolare ad un carico statico distribuito e concentrato con il metodo delle autofunzioni (Navier) ed analisi modale: confronto tra soluzioni numeriche ed analitiche.
• Analisi agli elementi finiti di strutture a guscio tipo fusoliera. Generazione di strutture sottili per rotazione ed estrusione. Discretizzazione agli elementi finiti e generazione di un file di input. Esempio di un guscio cilindrico. Confronto con soluzione analitica.
• Analisi agli elementi finiti per la generazione di gusci di rivoluzione tipo fusoliera. Generazione di strutture sottili per rotazione ed estrusione. Esempio di un tronco di cupola cilindrica soggetta al proprio peso ed ad un carico anulare. Confronto con soluzioni analitiche.
• Analisi agli elementi finiti per la stabilità dell’equilibrio elastico in campo lineare. Determinazione del carico critico limite e della deformata critica. Determinazione del carico critico di una struttura a piastra e di una struttura a guscio cilindrico con carico membranale assiale.
• EQUAZIONI BASE della meccanica linearizzata dei solidi e delle strutture spazio-discr(-etizzat-)e - Approccio debole e Metodo degli Elementi Finiti (MEF)1. Concetti preliminari della meccanica dei continui solidi. Punto di vista Euleriano e Lagrangiano. Basi locali. Derivazione ed integrazione su domini euleriani (variabili nel tempo) e lagrangiani. Teorema del trasporto di Reynolds in forma locale. 2. Principio di conservazione della massa e sue localizzazioni. Secondo teorema del trasporto di Reynolds. Assiomi della meccanica del continuo. Forme locali del principio di conservazione della quantità di moto, Teoremi di Cauchy. 3. Localizzazione del momento della quantità di moto: simmetria del tensore degli sforzi e teorema di conservazione della potenza meccanica. Esistenza del vettore densità di calore. Forma locale di conservazione dell'Energia. Concetto di deformazione per un solido. Velocità di deformazione. 4. (Secondo) Principio della termodinamica (postulato di Clausius) e sua forma locale. Forma locale di conservazione dell'Energia in forma di Entropia per i solidi. Trasformazioni reversibili ed irreversibili per i solidi. Solidi elastici. 5. Solidi elastici lineari. Caratterizzazione dei solidi elastici lineari. Solidi elastici lineari isotropi (hookeani). Costanti elastiche e loro vincoli. 6. Formulazione del problema in forma debole del metodo degli spostamenti. Legge dei lavori virtuali (formulazione debole) ed equazioni di Lagrange per i solidi elastici lineari con ipotesi sul campo di spostamento del metodo degli Elementi Finiti (funzioni-base “a tenda”).7. Equazioni di Lagrange per un solido elastico lineare. Formulazione debole come approccio “alla Galerkin”. Struttura e proprietà della matrici di massa e rigidezza (per solido elastico ed elastico isotropo)8. Impostazione pratica del MEF: la visione locale “di elemento” con campo di spostamenti, funzione di forma, legame cinematico e costitutivo di elemento. Scrittura dell’equilibrio in forma debole: matrici di massa e di rigidezza di elemento. L’elemento 2D triangolare piano a tre nodi (membranale a sforzo piano): effetto dell’aumento dei nodi. 9. Elemento 1D a due nodi di asta e barra di torsione (matrice di rigidezza di elemento); elemento 1D a due nodi di trave di Eulero (matrice di rigidezza di elemento); caso generale di elemento 1D a due nodi nello spazio (matrice di rigidezza totale di elemento).10. Elemento 2D quadrilatero piano a quattro nodi (membranale a sforzo piano): effetti dell’incremento dei nodi. Elemento 2D quadrilatero piano di piastra a flessione (cenni sull’ elemento quadrilatero generico flesso-membranale). Elemento 3D tetraedrico per il problema elastico generale: cenni sull’aumento del numero di nodi e sull’elemento parallelepipedo. Assemblaggio generico degli EF sulla base della formulazione debole: somma partizionata delle matrici.11. Assemblaggio delle matrici di elemento e dei carichi di elemento. Imposizione delle condizioni al contorno. Cenni sulle Proprietà e caratteristiche degli elementi finiti di completezza, compatibilità, convergenza e invarianza geometrica.
• Testi di riferimento: Note a cura del docente.
• METODI DI SOLUZIONE della meccanica linearizzata dei solidi e delle strutture spazio-discr(-izzat-)e1. Formulazione Problema EDO del II ordine dalle equazioni di Lagrange linearizzate. Problema di autovalori associato. Proprietà intrinseche e tre teoremi sul problema di autovalori associato. Risposta libera.2. Soluzione in forma chiusa del problema omogeneo: identificazione dei modi e frequenze proprie di vibrazione con autovettori ed autovalori. Relazione tra problema di autovalori a due matrici e problema di autovalori standard. Coordinate Lagrangiane FEM v.s. coordinate modali. Convergenza della soluzione. 3. Risposta forzata di sistemi EDO lineari del II ordine a coefficienti costanti per la dinamica strutturale. Richiami sulle trasformate ed antitrasformate di Laplace e di Fourier; trasformate di finzioni elementari. Matrici di trasferimento (dominio di Laplace) e delle funzioni di risposta in frequenza (dominio di Fourier) su base spaziale e spettrale. 4. Matrice delle Funzioni di Trasferimento e matrice delle Funzioni di Risposta in Frequenza per un sistema dinamico vibratorio: Serie di Fourier monolatera e bilatera; integrale e trasformata di Fourier.5. Matrice delle Funzioni di Risposta in Frequenza per un sistema dinamico vibratorio: trasformata di Fourier come limite della serie di Fourier. Significato delle funzioni di risposta in frequenza ad un ingresso armonico semplice.6. Significato della matrice delle funzioni di risposta in frequenza a più ingressi di armonici sincronizzati. Condizioni di risonanza per sistemi a N dofs, appropriazione modale e condizioni di ortogonalità del carico. 7. Considerazioni termodinamiche generali sullo smorzamento nei continui solidi. Modelli lineari per solidi viscosi. Discretizzazione spaziale (Eq. di Lagrange) per solidi viscosi in campo lineare. Proprietà generali della matrice di smorzamento viscoso. 8. Modelli lineari per solidi a smorzamento debole: matrice di smorzamento viscoso, stima degli autovalori ed autovettori per sistemi debolmente smorzati (teoria di Rayleigh-Basile), smorzamento modale, smorzamento proporzionale. Cenni sullo smorzamento viscoso non-debole. 9. Segnali random: proprietà delle funzioni di autocorrelazione e densità spettrale di potenza. Processi bianchi e a banda stretta. Ricostruzione di un campione di processo dalla sua PSD. Matrici di correlazioni di ingressi ed uscite di un sistema Multi-Input-Multi-Output.10. Relazione tra densità spettrali di potenza incrociate di input e di output di un sistema. Stime H1 e H2 delle funzioni di risposta in presenza di rumore non-correlato nei dati di ingresso e di uscita. Funzione di coerenza. Equazione di Rice.
• Testi di riferimento: Note a cura del docente
• EQUAZIONI BASE E SOLUZIONI della meccanica linearizzata dei solidi spazio-continui1. Dinamica dei sistemi spazio-continui. Operatori lineari strutturali (esempi, 1D, 2D, e 3D; prodotto interno, serie di funzioni ortogonali. Operatori aggiunti ed autoaggiunti. Teorema di Betti-Castigliano. Tre teoremi spettrali. Esempio: le autofunzioni dell’asta. 2. Il metodo delle autofunzioni per la soluzione di problemi elastici lineari spazio-continui: a) Problemi di risposta dinamica libera (le autofunzioni come modi propri di vibrazione); b) Problemi di risposta statica (esempio di risposta di una piastra appoggiata nei quattro lati, soluzione alla Navier).
• Testi di riferimento: Note a cura del docente
• STRUTTURE SOTTILI BIDIMENSIONALI 1. Il modello di piastra isotropa puramente inflessa (con piano medio indeformabile a membrana) rettangolare per piccoli spostamenti: campo cinematico, delle deformazioni e degli sforzi; equilibrio.2. Equazioni di equilibrio e finali della piastra puramente inflessa omogenea isotropa. Equazioni della piastra multistrato. Condizioni al contorno.3. Soluzione della piastra con carico a membrana e imperfezione (campo di spostamenti) iniziale prescritta: soluzione con autofunzioni. Problemi termici per le piastre puramente inflesse: riduzione del problema al secondo ordine e risoluzione con autofunzioni alla Navier. 4. Equazioni della piastra isotropa con piano medio deformabile a membrana: equazioni e campo cinematico, equazioni costitutive ed equazioni di equilibrio scritte nella configurazione deformata. Problema nel piano e fuori del piano (accoppiamento ad una via). 5. Esempio guida della piastra rettangolare appoggiata nei quattro lati con carico a membrana nei due lati opposti: i) soluzione del problema statico nel piano; ii) soluzione del problema flessionale dinamico con il metodo delle autofunzioni e discussione della stabilità: determinazione del carico limite di buckling e della deformata critica.6. Soluzione con metodo delle autofunzioni per piastre ortotrope. 7. Considerazioni generali sulle strutture a guscio: modelli membranali e modelli flessionali. Caso guida del guscio sferico per il comportamento a membrana e flessionale dei gusci. Le equazioni base del comportamento a membrana di gusci di rivoluzione con carico assialsimmetrico. 8. La soluzione analitica in termini di stato di sforzo per un guscio a generica geometria assialsimmetrica con carico assialsimmetrico. Alcune soluzioni analitiche: i) guscio sferico chiuso a pressione; ii) cupola chiusa sottoposta al proprio peso (cambio segno tensioni circonferenziali); iii) cupola aperta con carico in sommità sottoposta al suo peso. 9. iv) le chiusure sferiche o ellittiche dei serbatoi cilindrici a pressione; v) guscio conico; vi) guscio cilindrico; vii) guscio toroidale (argomento facoltativo). Le equazioni base dei gusci a membrana di rivoluzione con carico NON assialsimmetrico. 10. Alcune soluzioni analitiche per i gusci assialsimmetrici a carico non assialsimmetrico: i) serbatoio cilindrico chiuso contenente fluido pesante; ii) calotta sferica sottoposta a vento (solo equazioni base). 11. Gusci a comportamento flessionale: le ipotesi base per la teoria dei gusci flessionali, presenza delle curvature nelle caratterizzazioni di sforzo, legame costitutivo locale e globale. 12. Gusci a comportamento flessionale: equazioni con il metodo degli spostamenti per il cilindro circolare con carico assialsimmetrico. Soluzione del problema statico libero con sole condizioni al contorno (soluzione omogenea).13. Alcune soluzioni per il cilindro Flessionale con carico assialsimmetrico: i) risposta statica ad un carico anulare; ii) risposta statica a forze e momenti di estremità e sforzo termico in un guscio cilindrico; iii) cenni alle chiusure sferiche ed ellissoidali di gusci cilindrici pressurizzati (argomento facoltativo). iv) Carico critico per un cilindro presso-compresso semplicemente appoggiato all’estremità.
• Testi di riferimento: Note a cura del docente
• Progetto ottimo (Optimal Design) a singolo e a multi-obiettivo nelle strutture aeronautiche 1. Introduzione sull'utilizzo di tecniche di ottimizzazione in ingegneria strutturale. Formulazione generale del problema di ottimizzazione strutturale: funzione costo, variabili di progetto e vincoli. Soluzione analitica e condizioni di Kuhn-Tucker. Cenno sui metodi numerici per problemi non analitici (stepest descendent e Newton method).2. Esempi di ottimizzazione strutturale mono-obiettivo. Cenni ai principi ed applicazioni di ottimizzazione multi-obiettivo: pareto ottimalità, algoritmi basati sul gradiente ed algoritmi genetici.
• Testi di riferimento: Note a cura del docente

La verifica delle conoscenze acquisite viene svolta con una prova finale scritta su domande teoriche e su una prova orale nella quale vengono richiesti aspetti sia teorici sia progettuali sulle esercitazioni numeriche svolte durante l'erogazione del corso.

Le note del corso a cura del docente resi disponibili agli studenti, coprono integralmente il programma; per approfondire si indicano:

• Stresses in Shells, W. Flugge, Springer 1973.
• Theory of Plates and Shells (2nd Edition) - Timoshenko & S. Woinowsky, Mc-Graw-Hill, 1976.
• J. Inman: Engineering Vibration, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1996.
• K. G. McConnell: Vibration Testing: Theory and Practice, John Wiley, 1995.
• L. Meirovitch: Elements of Vibration Analysis, McGraw Hill, 2nd ed., 1986.
• Géradin, M., Rixen, D., Mechanical Vibration - Theory and Application to Structural Dynamics, John Wileys & Sons, 1997.

OBIETTIVI GENERALI Il Corso si propone di inquadrare in modo sistematico le conoscenze degli studenti nel campo della generazione e propagazione di disturbi acustici in aria. Partendo dall'analisi di soluzioni analitiche semplici, lo studente sarà introdotto allo studio di soluzioni semi-esatte e di tecniche approssimate per la previsione del rumore generato in applicazioni ingegneristiche tipiche, con particolare riferimento al campo aerospaziale. Il corso si prefigge inoltre l'obiettivo di familiarizzare lo studente con i metodi teorici e pratici più appropriati per l'analisi ingegneristica di flussi turbolenti e del rumore da questi prodotto, e delle moderne tecniche per la riduzione dello stesso. In tale senso, il corso si pone in coerenza con gli obiettivi pianificati dall’Unione Europea per il 2050, miranti a una riduzione del 65% dell’inquinamento acustico prodotto dagli aeromobili commerciali. Parte integrante del corso sono una serie di lezioni mirate a introdurre lo studente alle principali problematiche legate allo studio numerico di fenomeni di propagazione acustica.
OBIETTIVI SPECIFICI 1. Conoscere e comprendere gli approcci impiegati nell’analisi ingegneristica di problemi di aeroacustica e per la riduzione del rumore aeronautico 2. Saper utilizzare i modelli appresi nella soluzione di casi studio reali 3. Saper scegliere l’approccio metodologico (analitico e modellistico) più appropriato nella risoluzione di problemi legati a fenomeni di aeroacustica interna ed esterna 4. Saper presentare e difendere le conoscenze e competenze acquisite durante un colloquio orale 5. Saper scrivere un rapporto tecnico su tematiche relative all'aeroacustica 6. Capacità di proseguire autonomamente nell'acquisizione di nuove conoscenze in ambiti specialistici dell’aeroacustica.

Fornire gli elementi necessari per la soluzione delle equazioni della fluidodinamica per flussi incomprimibili.

Obiettivo del corso è acquisire le conoscenze sui fondamenti dell’aeroelasticità di velivoli in campo lineare (vibrazioni di solidi elastici-lineari in interazione con flussi potenziali linearizzati) sulla base della previsione del loro comportamento teorico e della simulazione numerica nelle diverse condizioni operative di volo. Si acquisiscono così conseguentemente le competenze per effettuare le analisi aeroelastiche (verifiche di stabilità e risposta in rispetto delle normative vigenti) di velivoli ad ala fissa (divergenza, flutter, risposta alla raffica, risposta a superfici di comando, efficacia ed inversione dei comandi) sia attraverso modelli numerici elementari implementati attraverso codici di calcolo autonomamente sviluppati, che modelli complessi interazionali di velivolo flessibile e flusso esterno attraverso l’uso critico di codici commerciali. Si acquisiscono conoscenze a capacità di sviluppo di analisi di sistemi complessi fluido/struttura e conoscenze intersettoriali tra la meccanica dei solidi e dei fluidi.

Il corso ha come obiettivo quello di consentire agli allievi di acquisire conoscenze e competenze utili per il circolo virtuoso innovazione-tecnologie-materiali-prodotti-processi nel settore aeronautico strutturale e propulsivo e nel campo più ampio dell’industria manifatturiera. Gli argomenti saranno trattati con il ricorso ad un approccio inter e multidisciplinare, con lo scopo di collegare le conoscenze e le competenze relative allo sviluppo ed all'utilizzo delle tecnologie innovative dei materiali, finalizzate alle applicazioni realizzative ed agli aspetti di selezione/progetto. Saranno altresì evidenziati gli aspetti di base volti ad identificare criteri di selezione e scelta dei materiali che favoriscano approcci manifatturieri tipici dell’economia circolare, con riferimento all’uso di materiali ecocompatibili e riciclabili, per processi tecnologici basati anche su materiali di sostituzione provenienti da materie prime seconde, inclusi sistemi leggeri e multimateriale.

1) Richiami di scienza e tecnologia dei materiali: classificazione, legami, microstruttura, meccanismi di deformazione e di rottura dei materiali.

2) Creep e comportamento dei materiali ad alta temperatura

3) Materiali ceramici avanzati e criteri di progettazione (Weibull)

4) UHTC

5) Ceramic Matrix Composite (CMC) materials

6) Materiali ablativi e Thermal Protection Systems

7) Fenomeni di corrosione, ossidazione ed usura

8) Superleghe base Ni per applicazioni ad alta temperatura

9) Rivestimenti metallici per la protezione dall’ossidazione ad alta temperatura

10) Rivestimenti Thermal Barrier Coatings (TBC)

11) Rivestimenti Environmental Barrier Coatings (EBC)

12) Tecniche di deposizione thermal spray, PVD e CVD

• Richiami di scienza e

tecnologia dei materiali: classificazione, legami, microstruttura, meccanismi

di deformazione e di rottura dei materiali.

• Creep e comportamento dei materiali ad alta temperatura
• Leghe leggere e Superleghe base Ni
• Fenomeni di corrosione,

ossidazione ed usura

• Rivestimenti metallici per

la protezione dall’ossidazione ad alta temperatura

• Ceramici avanzati, - UHTC, TBC, EBC
• Ceramic Matrix Composites CMC
• Criteri di progettazione di materiali ceramici avanzati (Weibull)
• Matariali ablativi

Materiale didattico proiettato a lezione e articoli scientifici forniti dal docente.

Al termine del corso gli studenti saranno in grado di avere le basi teoriche per affrontare lo studio di problemi termici e termoelastici nelle strutture aerospaziali, indotti dall'environment termico delle missioni dei sistemi aeronautici e spaziali, con particolare attenzione ai fenomeni di scambio radiativo. Viene inoltre introdotta la tecnologia relativa ai materiali piezoelettrici nell’ottica del monitoraggio strutturale, la cui trattazione è profondamente interconnessa con quella termoelastica a seguito di una stretta analogia nella formulazione matematica.

Richiami sul problema della conduzione del calore nei mezzi solidi tridimensionali, equazione di Fourier, diffusività. Condizioni al contorno ed iniziali, condizioni alla Dirichlet e Neumann. Flussi di calore convettivi e radiativi. Conduzione del calore stazionaria monodimensionale, temperatura e flusso assegnato. Analogia termica-elettrica. Analisi termica con approccio agli elementi finiti, principio delle temperature virtuali. Introduzione ai codici agli elementi finiti: analisi termica e termostrutturale tramite solutore non-lineare MSC.Marc/Mentat. Conduzione del calore monodimensionale in regime transitorio. Introduzione al problema termostrutturale: definizione delle deformazioni termiche, deformazioni meccaniche e deformazioni totali. Caratteristiche termiche e termoelastiche dei materiali di impiego aerospaziale. Equazioni della termoelasticità del continuo tridimensionale. Soluzioni termoelastiche monodimensionali stazionarie con differenti casi di temperatura e vincolo assegnati. Effetti termoelastici in travi flessionali bidimensionali multimateriale. Approccio termoelastico diretto e accoppiato. Analisi elettromeccanica tramite analogia termoelastica, approccio accoppiato per smart materials, piezoelettricità. Equazioni costitutive della piezoelettricità. Attuazione flessionale: analogia con lamina bimetallica. Flessione pura tramite attuatori pached. Trasmissione del calore radiativa: corpo nero, legge di Stefan-Boltzman, legge di Wien, emittanza diffusa e speculare, potenza emissiva monocromatica, assorbanza, riflettanza. Intensità della radiazione. Legge di Kirchoff. Approssimazione di corpo grigio. Scambio radiativo tra due corpi, fattore di vista e reciprocità. Protezioni termiche radiative, multilayer insulator (MLI). Applicazioni a casi di interesse ingegneristico nella forma di esercitazioni analitico/numeriche tramite codici agli elementi finiti: sistema di protezione termica ad alta temperatura per velivoli da rientro riutilizzabili, isolamento termico di oblo di cabina e cockpit, effetto termoelastico su giunzioni meccaniche, bulloni per alte temperature.

• Introduzione al corso
• Introduzione ai problemi termici nelle strutture aerospaziali, environment termico delle missioni dei velivoli aeronautici e spaziali
• Le equazioni di Fourier per la conduzione del calore in solidi 3D: conducibilità termica
• Le equazioni di Fourier per la conduzione del calore in solidi 3D: calore specifico
• Equazioni di Fourier nel caso 1D: soluzioni esatte per il caso stazionario
• Conduzione del calore in un pannello: sandwich in honeycomb
• Esercizio sulla conduzione del calore in un pannello sandwich
• Test sperimentale per la misurazione della conducibilità termica in un pannello sandwich in camera di termovuoto
• Protezioni termiche per velivoli riutilizzabili
• Esercitazione #1: trasmissione del calore in una parete multistrato, sistema di protezione termica per alte temperature riutilizzabile. Soluzione analitica e numerica con approccio agli elementi finiti e confronto dei risultati
• Formulazione debole per le equazioni di Fourier: principio delle temperature virtuali e analogie con il principio dei lavori virtuali
• Teoria degli elementi finiti per il problema termico prima parte
• Teoria degli elementi finiti per il problema termico seconda parte
• Introduzione ai codici di calcolo agli elementi finiti termici
• Esercitazione #2: trasmissione del calore stazionaria 1D con condizioni al contorno convettive. Isolamento termico dei finestrini e oblo di velivoli. Soluzione analitica e numerica con approccio agli elementi finiti e confronto dei risultati
• Equazione di Fourier nel caso 1D: soluzione esatta per il caso non stazionario
• Equazioni della termoelasticità per solidi 3D: analisi della deformazione
• Equazioni della termoelasticità per solidi 3D: analisi della tensione ed equazioni di governo
• Considerazioni sulla congruenza delle deformazioni termiche
• Le equazioni della termoelasticità nel caso 1D: caso assiale
• Soluzione ai problemi di termoelasticità della trave assiale: parte prima
• Soluzione ai problemi di termoelasticità della trave assiale: parte seconda
• Soluzione ai problemi di termoelasticità della trave assiale: parte terza
• Esercitazione #3: termoelasticità della trave assiale con rigidezza antagonista. Giunzioni a bullone ad alta temperatura. Soluzione analitica e numerica con approccio agli elementi finiti e confronto dei risultati
• Le equazioni della termoelasticità nel caso 2D: caso flessionale
• Comportamento termico e termoelastico nei materiali compositi: microtermomeccanica prima parte
• Comportamento termico e termoelastico nei materiali compositi: microtermomeccanica seconda parte
• Comportamento termico e termoelastico nei materiali compositi: termomeccanica del laminato
• Materiali piezoelettrici: effetto piezoelettrico
• Materiali piezoelettrici: legame costitutivo piezoelettrico
• Materiali piezoelettrici: analogia termoelettrica, attuazione in flessione, analogia con la lamina bimetallica
• Introduzione alla trasmissione del calore radiativa
• Corpi neri, legge di Stefan-Boltzmann
• Resistenza termica radiativa, emissività, legge di Kirkoff
• Fattore di vista radiativo
• Esercizio sul fattore di vista radiativo
• Trasmissione stazionaria in un sistema di protezione termica multistrato MLI

La preparazione del candidato è valutata sulla base di esercizi teorici/numerici, quesiti teorici e di una relazione tecnica da presentare in sede d’esame, che riassume e documenta il lavoro svolto durante le esercitazioni analitiche/numeriche del corso.

La valutazione dello studente avviene mediante una prova scritta, una prova orale e la consegna delle relazioni delle esercitazioni agli elementi finiti. La prova scritta consiste in tre esercizi/domande e copre i contenuti del corso dal Capitolo 1 al Capitolo 8 delle dispense, fino alla termoelasticità dei materiali compositi inclusa.

La prova orale consiste in una domanda e verte sui restanti argomenti del programma, ovvero il Capitolo 9 (Materiali piezoelettrici) e il Capitolo 10 (Trasmissione del calore per irraggiamento). L’orale si svolge normalmente circa una settimana dopo la prova scritta.

L’accesso alla prova orale è subordinato al superamento della prova scritta. Gli studenti devono comunicare al docente tramite e-mail se intendono accettare il voto dello scritto e sostenere l’orale nella stessa sessione, oppure rinunciare al voto e ripetere l’esame in una sessione successiva. Gli studenti che intendono sostenere l’orale sono tenuti a consegnare preventivamente le relazioni delle esercitazioni agli elementi finiti.

Il voto finale è determinato come media pesata tra il voto della prova scritta, il voto della prova orale e il voto assegnato alle relazioni delle esercitazioni.

Dispense a cura del docente inserite ad inizio corso reperibili su piattaforma e-learning all'indirizzo: https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=10841 e sulla pagina dell'offerta formativa del sito del Consiglio d'Area di Ingegneria Aerospaziale. Tali dispense coprono interamente gli argomenti trattati nel corso.

• J.H.Lienhard IV, J.H.Lienhard V - A Heat Transfer Textbook, Phlogiston Press
• P.Gaudenzi - Smart Structures: Physical behaviour, mathematical modeling and applications, Wiley - D.G.Gilmore
• Spacecraft Thermal Control Handbook, Vol.I Fundamental Technologies, The Aerospace Press
• W.J.Larson, J.R.Wertz - Space Mission Analysis and Design, Microcosm Inc.
• M.R.Eslami, R.B.Hetnarski, J.Ignaczak, N.Noda, N.Sumi, Y.Tanigawa - Theory of Elasticity and Thermal Stresses, Explanations, Problems and Solutions – Springer

Questo corso presenta un'introduzione al sistema di trasporto aereo con un focus specifico sulle operazioni e la gestione delle compagnie aeree.
Sistemi di trasporto aereo (3 CFU, ING-IND / 05) Il modulo del sistema di trasporto aereo tratterà i seguenti argomenti: introduzione al sistema di trasporto aereo, regole e obblighi internazionali, le caratteristiche chiave dei diversi sottosistemi e le loro interazioni: compagnie aeree, organizzazione di manutenzione, fornitori di servizi di traffico aereo (navigazione), aeroporti, servizi civili addestramento dell'aviazione del personale: ATC, piloti, ingegneri, spedizionieri. Sviluppo futuro in termini di sicurezza, ambiente ed efficienza.
Obiettivi formativi Dopo aver completato questo corso, lo studente sarà in grado di: - spiegare il sistema di trasporto aereo oggi e gli sviluppi futuri - identificare i principali stakeholder, la loro interazione ei modelli di business di base con un focus su: o ICAO e organismi di regolamentazione o Controllo del traffico aereo, o Aeroporto o Operatori aerei o Società di servizi o Organizzazioni internazionali (IATA, A4A, ISO) - comprendere la legge, i regolamenti e gli standard relativi al trasporto aereo - comprendere le sfide ambientali e quali azioni vengono intraprese per ridurre l'impatto del settore del trasporto aereo.
Airline operations and economics (3 CFU, ING-IND/07)
Conoscenza e comprensione Vengono illustrati gli strumenti essenziali per analizzare i processi decisionali delle compagnie aeree. In particolare, lo studente comprende le nozioni di base relative: • all’analisi microeconomica dell’impresa, • alle strategie di innovazione tecnologica, • alla valutazione economico-finanziaria con specifico riferimento all’ industria del trasporto aereo e alle strategie delle compagnie aeree.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente è in grado di applicare metodi e modelli di base della microeconomia, della teoria dell’organizzazione e di finanza aziendale al fine di: • individuare le determinanti delle principali scelte strategiche delle compagnie aeree, • analizzare l’interazione tra l'evoluzione tecnologica e strutturale dell’industria del trasporto aereo e le strategie delle compagnie aeree.
Autonomia di giudizio La combinazione di lezioni teoriche frontali e la discussione di casi di studio consente agli studenti di acquisire la capacità di valutare potenzialità e limiti dei modelli teorici ai fini della formulazione delle strategie delle compagnie aeree.
Abilità comunicative Al termine del corso, gli studenti sono in grado di illustrare e spiegare le principali tesi e argomentazioni della microeconomia dell’impresa e della finanza aziendale a una varietà di interlocutori eterogenei per formazione e ruolo professionale nell’industria del trasporto aereo, e nello specifico nell’ambito delle compagnie aeree. L’acquisizione di tali capacità viene verificata e valutata in occasione dell’esame finale.
Capacità di apprendimento Lo studente acquisisce la capacità di condurre in autonomia studi individuali su argomenti specifici di microeconomia e di finanza aziendale con applicazione all’industria del trasporto aereo, e nello specifico alle compagnie aeree. Durante il corso, lo studente è stimolato ad approfondire argomenti di particolare interesse mediante la consultazione di materiale bibliografico supplementare, quali articoli accademici, libri specialistici e siti internet. L’acquisizione di tali capacità viene verificata e valutata in occasione dell’esame finale, nell’ambito del quale lo studente può essere chiamato ad analizzare e risolvere problemi nuovi sulla base degli argomenti trattati e del materiale di riferimento distribuito durante il corso.

This course introduces the basic principles of aircraft flight operations and maintenance. It is divided in two parts.
Aircraft flight operations (3 CFU ING-IND/03) This part will cover the following topics: introduction to flight planning: route and profile planning, time, speed and fuel calculations applied to current aircraft models. Weather considerations, aircraft performance considerations, aircraft technical status considerations, operational Flight Plan, alternate airports selection, fuel saving methodologies, Introduction to advanced dispatch techniques. Practical flight planning exercises will be performed at the end of the theoretical part.
Learning objectives
General After completing this course, the student will be able to understand all the aspects of the aircraft flight, perform a weight and balance calculation, and prepare a flight plan using the current methodologies of fuel optimization
Detailed Upon completion of this course, the student will be able to: - Understand performance principles - Describe key factors to optimize flight operations - Optimize flight operations thanks to appropriate tools and methods - Perform a weigh and balance calculation - describe the typical airline flight operations department - Prepare a flight plan - Describe the Flight efficiency principles - Use the fuel optimization methodologies
Aircraft maintenance management (3 CFU ING-IND/04) The course will cover the following topics: general principles of aircraft maintenance for all civil aviation products including drones, the associated regulatory constraints, the economical, operational and safety aspects, business models and environmental challenges. Introduction to the main maintenance stakeholders, how they operate and which are their business relations. Maintenance cost and the aircraft end of life main aspects and related business models. The organization and the tools implemented by aircraft and systems manufacturers to support their products, the services business models and the future development related to the predictive maintenance. Fundamental principles of logistics management of spare parts in Civil and Military aviation. Aircraft operators’ organization and tasks for the technical management of the aircraft and its continuing airworthiness. MRO organization, infrastructure, tools, material, personnel and environmental aspects and how they can be optimized to reduce cost. The safety and Human Factors aspects relate to aircraft maintenance.
Learning objectives General Integrate the general principles of aircraft maintenance for all civil aviation products including drones, the associated regulatory constraints, the economical, operational and safety aspects, business models and environmental challenges; Detailed Upon completion of this course, the student will be able to: - Describe the main aspect of the aircraft maintenance, the role and responsibilities main stakeholders (manufacturers, operators, airworthiness authorities, MRO companies and service providers) - Identify the international organizations and the main standards and regulations applicable to the aircraft maintenance - Describe how a maintenance program is developed, certified and managed - Describe the theoretical tools and methodologies used to perform the predictive maintenance through the use of aircraft data - Describe the principal aspects of the aviation logistics and spares, the new strategies and services including the component pool and exchange services. - Explain the spares certification requirements and the management of “bogus parts” parts - Describe the organization and the main tasks the operator has to perform to insure the continuing airworthiness and the profitability of the aircraft operations, in particular : o The preparation of the operator maintenance program o The responsibilities of a CAMO organization and the CAME manual contents - Describe the Maintenance & Repair Organization (MRO), the infrastructures, the tools the working document and its personnel - Identify the main environmental aspects of aircraft maintenance including the dismantling and recycling constraints

Obiettivi generali:
Conoscere i principi di base dell'intelligenza artificiale, in particolare la modellazione di sistema intelligente tramite la nozione di agente intelligente. Conoscere le tecniche di base dell'Intelligenza Artificiale con particolare riferimento alla manipolazione di simboli e, più in generale, a modelli discreti.
Obiettivi specifici:
Conoscenza e comprensione: Metodi di ricerca automatica nello spazio degli stati: metodi generali, metodi basati su euristiche, ricerca locale. Rappresentazioni fattorizzate: problemi di soddisfacimento di vincoli, modelli di pianificazione. Rappresentazione della conoscenza attraverso sistemi formali: logica proposizionale, logica del primo ordine, cenni alle logiche descrittive ad alle forme di ragionamento non monotono. Uso della logica come linguaggio di programmazione: PROLOG.
Applicare conoscenza e comprensione: Modellazione di problemi con i diversi metodi di rappresentazione acquisiti. Analisi del comportamento degli algoritmi di ragionamento di base.
Capacità critiche e di giudizio: Essere in grado di valutare la qualità di un modello di rappresentazione di un problema e dei risultati ottenuti applicando su di esso tecniche di ragionamento automatico.
Capacità comunicative: Le capacità di comunicazione orale dello studente vengono stimolate attraverso l'interazione durante le lezioni tradizionali mentre le capacità espositive nello scritto vengono sviluppate attraverso la discussione di esercizi e delle domande a risposta aperta previste nelle prove di esame.
Capacità di apprendimento: Oltre alle classiche capacità di apprendimento fornite dallo studio teorico del materiale didattico, attraverso gli esercizi relativi all'applicazione dei modelli appresi, il corso contribuisce a sviluppare le capacità di risoluzione di problemi dello studente.

Introduzione.

Rappresentazione della Conoscenza: modellazione del dominio di interesse; autonomia; il ruolo della logica.

Logica Proposizionale: sintassi e semantica; valutazione, soddisfacibilità, validità, implicazione logica; tableaux proposizionali; DPLL.

Logica del Primo Ordine: sintassi, semantica; valutazione, soddisfacibilità, validità, implicazione logica; tableaux per la logica del primo ordine.

Pianificazione Classica: domini deterministici; STRIPS, ADL, PDDL, transition system, ricerca in avanti, euristiche, Best-First, ricerca A*.

Pianificazione Condizionale (FOND): domini non deterministici, PDDL con operatore oneof, pianificazione non deterministica tramite AND-OR Search.

Ragionamento sulle Azioni: modellazione di domini dinamici (discreti), precondizioni delle azioni, effetti, il frame problem.

Situation Calculus: precondition axioms e successor-state axioms; albero delle situazioni; regressione; executability e projection.

Modellazione e pianificazione in domini dinamici stocastici: MDP, Policy Evaluation, Policy Iteration.

• Introduzione. Problemi di Ricerca e Algoritmi.(settimana 1-2)
• Testi di riferimento: [AIMA] Artificial Intelligence: A Modern Approach, Global Edition, 4th Edition by Stuart Russell, Peter Norvig, Pearson 2020. Cap. 1, 2.
• Logica proposizionale e algoritmi per soddisfacibilità. (settimana 3-4)
• Testi di riferimento: AIMA: 7.4.1 - 7.4.3, 7.6.1
• Logica del primo ordine.(settimana 5-6)
• Testi di riferimento: AIMA: 8.1-8.3
• Pianificazione automatica.(settimana 7-8)
• Testi di riferimento: AIMA: 3 - 3.4.4, 4.3 - 4.3.2, 11 - 11.3.1
• Rappresentazione della conoscenza e ragionamento automatico con incertezza.(settimana 9-10)
• Testi di riferimento: AIMA: 12, 17
• Il calcolo delle situazioni.(settimana 11-12)
• Testi di riferimento: Lucidi e appunti delle lezioni.

L'esame consiste in una prova scritta contenente domande riguardanti:

• Modellazione di un sistema dinamico.
• Ragionamento sul sistema modellato, es., progressione, regressione o pianificazione.
• Ragionamento su conoscenza proposizionale e/o al prim'ordine (es., soddisfacibilità, validità o implicazione logica di formula/knowledge bases).
• Tecniche di modellazione e pianificazione su domini stocastici .

Artificial Intelligence: A Modern Approach, Global Edition, 4th Edition by Stuart Russell, Peter Norvig, Pearson 2020 (selected chapters).

This course introduces the basic principles of aviation safety, standards and regulations. It is divided in two parts.
ICAO standards and civil aviation regulations (3 CFU, SSD ING-IND/35) The first part covers the following topics. Introduction to safety objectives and description the regulatory means to reach and maintain this level of safety. The main principles of the Chicago Convention, including the ICAO standards and recommended practices. Structure of the main technical regulations their hierarchy and applicability. The main applicable requirements for designing and manufacturing a product. EASA scope of competencies and the EU/EASA regulatory structure (basic regulation, Parts, CS, AMC/GM) for airworthiness and associated domains. Explanation on how users comply with the operational rules, operators’ responsibilities and state the main regulatory principles on aircraft maintenance. Learning objectives After completing this course, the student will be able to:

• state the air transport safety objectives, explain how these objectives are implemented at the international level and explain the responsibilities of the different contracting states - describe the main international and European regulatory bodies’ activities and state the contents of the Chicago Convention - explain how the main technical regulations are structured, describe their hierarchy and applicability and describe their structure - explain the airworthiness certificates specificities and describe TC holders’ responsibilities - state the main Part 21 procedures - explain how users comply with the operational rules, describe operators’ responsibilities and - state the main regulatory principles on aircraft maintenance - State the ATM/ANS safety regulations, describe their overall content, describe their links and explain how some European countries have taken these regulations into account
  Aviation safety management (3CFU) (3 CFU, SSD ING-IND/17) According to the principles of ICAO Safety Management System (SMS), the second part of the course introduces general concepts of aviation risk and safety management, as well as definitions of hazards, incidents, accidents, and associated models. An overview of traditional models for risk and safety management: Heinrich model, Swiss Cheese Model, and Normal Accident Theory. Recent trends in aviation safety management: complexity theory, Safety-I vs. Safety-II and Resilience management and engineering. Different vision on human error and the role of human factor in complex socio-technical systems;. Safety Management System: structure and implementation. Just culture, safety reporting, definition and usage of taxonomies. Foundations of accident investigation. Learning objectives After completing this course, the student will be able to: - understand and describe safety processes and events properly using terminology in line with the ICAO SMS - interpret safety processes and events applying traditional models for aviation and safety management - differentiate safety processes and events (depending on their complexity level) in order to apply advanced models and methods - identify the role of human factor in safety processes and events according to different definitions of human error - understand the different features of a SMS in relation to safety reporting and taxonomies - develop a preliminary risk assessment for safety processes and events in a reactive and proactive perspective - develop systemic analyses for complex aviation infrastructures and larger socio-technical systems - possibly extend the acquired theoretical competences to other critical infrastructures having a complex socio-technical dimension (other transportation means, telecommunications systems, smart cities)

Il corso presenta in forma seminariale argomenti avanzati di Robotica ed è pensato come introduttivo all’attività di ricerca. Al termine del corso lo studente sarà in grado: - di affrontare completamente un problema di Robotica, dalla sua analisi alla proposta di metodi di soluzioni e alla loro realizzazione - di comprendere gli elementi principali della modellazione matematica e del controllo di velivoli non abitati (UAV) con particolare riferimento ai quadricotteri - di descrivere le caratteristiche aeromeccaniche del quad Hummingbird - di comprendere e progettare controllori di assetto e posizione per quadricotteri - di analizzare e utilizzare algoritmi per la generazione e inseguimento di traiettoria e per il controllo sensor-based - di comprendere e risolvere problemi di modellazione e controllo di interfacce tattili e di locomozione per l'esplorazione in realtà virtuale

Il corso introduce lo studente ai problemi vibroacustici. Lo scopo è acquisire le conoscenze dei principi fondamentali e delle tecniche per la modellazione dell’irradiazione di strutture vibranti con particolare attenzione all’analisi e alla soluzione di problemi strutturali e acustici accoppiati e acquisire gli strumenti per l’analisi e la progettazione di sistemi per il controllo e la riduzione delle vibrazioni e del rumore per il buon funzionamento delle macchine e per la salvaguardia dell’ambiente e del benessere e della salute dei lavoratori e delle comunità.

Acquisire conoscenza e pratica di metodi ed apparati sperimentali utilizzati in aerodinamica e fluidodinamica. RISULTATI ATTESI: Quelli indicati negli obiettivi formativi

Conoscenza ed applicazione delle metodologie di indagine sperimentale per le prove statiche e dinamiche su strutture aerospaziali finalizzate alla verifica e certificazione.

Il corso affronta e sviluppa le principali teorie aerodinamiche per l’analisi di aeromobili ad ala fissa e rotante.

Il corso fornisce una visione generale sul funzionamento dell'elicottero e introduce le tecniche di analisi dell'aerodinamica e dinamica del rotore, per il calcolo delle condizioni di equilibrio e lo studio della stabilità e controllo.
RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI Conoscenza e capacità di comprensione Al termine del corso lo studente sarà in grado di: - Descrivere, avendone compresi i principali aspetti fenomenologici, gli elementi di base dell'aeromeccanica e dinamica del rotore articolato - Illustrare e confrontare le principali metodologie per la modellazione matematica dell’elicottero - Descrivere come si stabiliscono le condizioni di volo in equilibrio (trim) dell’elicottero e illustrare come si modificano le variabili di stato e di controllo al variare della velocità di volo - Illustrare i metodi per la determinazione delle caratteristiche di volo - Descrivere i principali sistemi dell'elicottero: rotore, motore, trasmissione, sistema di controllo del volo - Descrivere le caratteristiche di stabilità dinamica degli elicotteri - Interpretare e illustrare gli sviluppi tecnologici e progettuali dei veicoli ad ala rotante e/o ibridi.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate Al termine del corso lo studente sarà in grado di: - Applicare il concetto del rotore ottimo per la progettazione della pala - Sviluppare e utilizzare un semplice modello matematico della macchina finalizzato allo studio delle prestazioni - Determinare le variabili di stato e di controllo nel volo trimmato al variare della velocità di volo.
Autonomia di giudizio Al termine del corso lo studente sarà in grado di: - Affrontare problemi di maggiore complessità che richiedono la pianificazione e coordinamento di attività, l’utilizzo di appropriati strumenti di calcolo, e la stesura di relazioni tecniche entro termini prefissati.
Abilità comunicative Al termine del corso lo studente sarà in grado di: - Condurre attività in collaborazione nell’ambito dei lavori di gruppo - Esporre i risultati delle attività svolte in gruppo nella forma di presentazioni e/o rapporti tecnici.
Capacità di apprendimento Al termine del corso lo studente avrà acquisito la comprensione del ruolo presente e futuro delle macchine ad ala rotante, inclusi i nuovi sistemi per la mobilità aerea urbana, e la capacità, a livello basico, di formulare e risolvere problemi relativi alla aeromeccanica degli elicotteri attraverso sia l’applicazione di applicativi software sia lo sviluppo indipendente di codici di calcolo.

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding); Conoscenza delle principali tipologie di combustori aeronautici, delle proprietà chimico-fisiche dei combustibili, delle emissioni di inquinanti, delle teorie e dei modelli matematici e numerici impiegati per la predizione delle prestazioni e dell'impatto ambientale, nonché di architetture e combustibili innovativi e a basso impatto ambientale.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding); Capacità di eseguire un dimensionamento di massima del combustore aeronautico e di predirne le prestazioni, tramite strumenti di calcolo prodotti dagli stessi studenti nel corso del lavoro di gruppo.
Gli obiettivi formativi si perseguono utilizzando esercitazioni in aula e revisioni del lavoro in corso d’opera. La verifica delle capacità acquisite avviene contestualmente a quella delle conoscenze durante le revisioni e nel corso.
Autonomia di giudizio (making judgements); Le competenze sono acquisite mediante lezioni frontali, attività di esercitazione in aula e per lo svolgimento di un lavoro di gruppo. La verifica delle conoscenze avviene tramite prove individuali e mediante relazioni scritte di gruppo che al contempo accertano e favoriscono l’acquisizione della capacità di comunicare efficacemente in forma scritta e/o orale.
Abilità comunicative (communication skills); Capacità di operare in gruppo, di presentare i risultati del lavoro di gruppo con presentazioni e brevi rapporti tecnici.
Capacità di apprendere (learning skills). Conoscenze caratterizzanti l’ingegnere sistemista della propulsione aeronautica, con particolare attenzione alle problematiche legate alla progettazione e alle tecniche di modellazione numerica di una camera di combustione e al controllo delle emissioni.

L'obiettivo del corso è fornire le metodologie necessarie per la determinazione della posizione del velivolo, e per il calcolo e la pianificazione delle traiettorie nel contesto generale del volo atmosferico, avendo stabilito opportuni indici di costo e vincoli dipendenti dal problema specifico. Si considerano particolari problemi per traiettorie ecosostenibili dove indici di costo e vincoli sono opportunamente scelti in relazione al particolare caso analizzato.

Human factors in aerospace includes the effects of the aerospace environment on human physiology. This module provides the basics knowledge to study the effects of aerospace flight on the human body. The module addresses both aviation and spaceflight physiology. Aviation physiology includes aspects such as hypoxia, barotrauma, decompression sickness, biodynamics (acceleration, spatial disorientation, motion sickness, simulator sickness), night vision problems, thermal stress, noise and vibration, lifestyle. Human spaceflight physiology includes aspects such as microgravity effects, space adaptation syndrome, cardiovascular response, bone and muscle response, radiation effects in space, space hygiene, space nutrition, suborbital and parabolic flight.
Learning objectives After completing this course, the student will be able to: • Understand the impact of the aerospace environment on human physiology. • Analyze the physiological responses to hypoxia, barotrauma, and decompression sickness. • Understand the challenges and adaptations related to biodynamics. • Appraise the impact of night vision problems, thermal stress, noise, vibration, and lifestyle factors on human physiology. • Gain insights into the effects of microgravity on the human body. • Explore the phenomenon of space adaptation syndrome for human space travelers. • Understand the cardiovascular responses to spaceflight conditions. • Explore the effects of radiation in space on human health. • Investigate space hygiene considerations relevance to prolonged space missions. • Understand the importance of space nutrition for sustaining astronaut health.
Human Factors (HF) is a core area for ensuring the success of aviation operations. This module provides an introduction to the understanding of HF and their integration in design and operations of complex aviation systems. The coursework presents diverse HF theories and methods (including HTA, SHERPA, Accimaps, FRAM) to model the complexity of sociotechnical systems, and critically appraise their outputs. The importance of Human-centred design is discussed in modern operational contexts, especially in relation to automation, distributed situation awareness, and organizational integration. The course is complemented by macro-ergonomics, and cognitive ergonomics.
Learning objectives After completing this course, the student will be able to: Critically appraise major HF theories and their relevance for high-risk systems. Explain the role of humans, teams and organizations in modern work processes. Identify the role of automation in modern industrial socio-technical systems, and model different human-machine collaborative settings. Interpret and apply anthropometric and environmental data for the design and the assessment of operations. Model the cognitive capability of humans in terms of situation awareness, decision making, and communication Select and apply HF methods for design and/or evaluation of socio-technical systems functionalities. Conduct critical task analyses and human reliability/ human factors assessments. Formulate and test hypotheses and design solutions with implications on human workload, fatigue risk management, ergonomics, and mission performance. Develop a human factors case for air traffic, flight, ground and maintenance operations. Communicate the results of a qualitative and a quantitative HF analysis and design results, both written and orally.

To provide the basics of the hypersonic aerodynamics and the methodologies for the solution of hypersonic flows

Programma sintetico

Peculiarita' dei flussi ipersonici rispetto ad altri tipi di flussi. Un esempio di flusso

ipersonico: il flusso di rientro. Effetti dell'alto numero di Mach in flussi su corpi tozzi e

affusolati. Indipendenza dal numero di Mach. Similitudine ipersonica e parametri di similitudine.

Riscaldamento aerodinamico. Strato limite laminare in regime ipersonico. Soluzione del flusso su lastra piana e nell'intorno

del punto di ristagno. Cenni alla transizione in regime ipersonico ed al flusso di strato limite turbolento in regime

ipersonico. Interazione tra strato limite e flusso esterno: interazione viscosa forte e debole.

Effetti delle alte temperature: eccitazione vibrazionale, dissociazione e ricombinazione

molecolare, ionizzazione. Processi termochimici in equilibrio ed in non-equilibrio e loro

modellizzazione. Modelli di flusso viscoso e non viscoso in equilibrio ed in non-equilibrio.

Esempi di modelli termochimici (ossigeno, aria). Analisi del flusso a valle di un urto. Flusso di

strato limite reagente. Cataliticita' della parete. Applicazioni dei flussi ipersonici: gallerie

ipersoniche, velivoli di rientro e di crociera ipersonica.

Programma dettagliato delle lezioni e delle esercitazioni

Lez. 01 : Introduzione. Quando un flusso può dirsi ipersonico.

Lez. 02 : Flusso ipersonico su una rampa in piccole perturbazioni. Equazione semplificata del potenziale per flussi ipersonici.

Lez. 03 : Similitudine ipersonica.

Lez. 04 : Principio di equivalenza ipersonico.

Lez. 05 : Analogia con le onde di esplosione.

Lez. 06 : Equazioni per flussi ipersonici viscosi

Lez. 07 : Equazioni dello strato limite nel caso di flussi su lastra piana e di flusso nell'intorno del punto di ristagno.

Lez. 08 : Requisiti aerodinamici e termici per velivoli di rientro e da crociera ipersonica.

Lez. 09 : La transizione da flusso laminare a flusso turbolento in regime ipersonico.

Lez. 10 : Il fenomeno dell'interazione viscosa.

Lez. 11 : Introduzione ai fenomeni termochimici. Proprietà delle miscele di gas e cenni di cinetica chimica.

Lez. 12 : Energia vibrazionale e interazione tra non-equilibrio vibrazionale e non equilibrio chimico.

Lez. 13 : Le equazioni di un flusso reagente non viscoso. Flussi in equilibrio chimico, flussi in non equilibrio e flussi congelati.

Lez. 14 : Le equazioni di un flusso reagente viscoso. Flussi reagenti in prossimità di pareti. Cataliticità della parete.

Lez. 15 : Flussi ipersonici in galleria e requisiti per la similitudine dei flussi ad alta entalpia. Gallerie ad arco e gallerie balistiche.

Lez. 16 : Gallerie a tubo d'urto.

Lez. 17 : Flussi rarefatti. Numero di Knudsen, Regime delle molecole libere, regime del continuo, Regimi di transizione. Modellizzazione delle correnti slittanti.

Lez. 18 : Irraggiamento del gas e flussi con irraggiamento.

Lez. 19 : Disegno aerodinamico di velivoli ipersonici (velivoli di rientro)

Lez. 20 : Disegno aerodinamico di velivoli ipersonici (velivoli da crociera). Waverider

Lez. 21 : Lezione conclusiva. Descrizione dei temi per tesi di laurea.

Es. 01 : Calcolo della traiettoria balistica di una capsula di rientro sulla Terra.

Es. 02 : Calcolo delle temperature, pressioni, flussi termici, fattori di carico ed ecc. durante il rientro balistico di una capsula.

Es. 03 : Calcolo della traiettoria balistica di una capsula di rientro su Marte.

Es. 04 : Calcolo dello strato limite su di una lastra piana investita da una corrente ipersonica (caso adiabatico) utizzando le equazioni dello strato limite e Matlab.

Es. 05 : Calcolo numerico dello strato limite su di una lastra piana adiabatica investita da una corrente ipersonica utilizzando il codice di calcolo CFD++

Es. 06 : Calcolo dello strato limite su di una lastra piana isoterma e in equilibrio radiativo investita da una corrente ipersonica utilizzando il codice di calcolo CFD++

Es. 07 : Calcolo numerico di un flusso reagente non viscoso attorno as un cilindro investito da una corrente ipersonica utilizzando il codice di calcolo CFD++

Es. 08 : Calcolo numerico di un flusso reagente viscoso attorno ad un cilindro investito da una corrente ipersonica utilizzando il codice di calcolo CFD++: caso con parete completamente catalitica, non catalitica e parzialmente catalitica .

Es. 09 : Calcolo di una galleria a tubo d'urto.

Es. 10 : Calcolo numerico di flussi reagenti in non-equilibrio chimico in un divergente di una galleria ipersonica mediate CFD++

Es. 11 : Ottimizzazione della forma di un profilo per minimizzare la resistenza a portanza nulla. Calcolo dell'ogiva.

Es. 12 : Derivazione di un waverider da un cuneo. Simulazione con CFD++ di flusso 3D sul cuneo e sul waverider. Analisi dei campi fluidodinamici e analisi delle prestazioni

Es. 13 : Derivazione di un waverider da un flusso su cono. Simulazione con CFD++ di flusso 3D sul waverider. Analisi dei campi fluidodinamici e analisi delle prestazioni

Durante la prova orale in aggiunta agli argomenti teorici del corso gli studenti dovranno mostrare le esercitazioni pratiche svolte durante il corso.

Se le condizioni lo permetteranno l'esame potrà essere svolto in presenza, ma in ogni caso sarà possibile svolgere l'esame da remoto.

J. D. Anderson, Jr.

Hypersonic and High Temperature Gas Dynamics, Third Edition, 2019, AIAA

• Essere in grado di gestire le problematiche di impiantistica elettrica negli ambiti aeronautici. In particolare essere in grado di dialogare con gli specialisti di impianti elettrici sia evidenziando le particolari esigenze nella utilizzazione dell’energia elettrica in ambito aeronautico che essendo in grado di valutare adeguatamente le soluzioni proposte dagli specialisti stessi; - Conoscere le problematiche principali del corretto dimensionamento di un impianto elettrico, con comprensione: della corretta modalità di analisi degli effetti utili producibili con apparecchi utilizzatori di energia elettrica, delle leggi fisiche alla base dei calcoli di dimensionamento, di tutti i vincoli per un sistema elettrico che devono essere contemporaneamente soddisfatti; - Estrapolare dalla procedura di dimensionamento studiata una generale metodologia di analisi di problematiche nuove, con individuazione degli obiettivi finali e di tutti i vincoli di sistema riscontrabili; - Essere in grado di verificare la corretta schematizzazione del problema e analizzare criticamente i risultati di dimensionamento del sistema per avere evidenza di una rispondenza: alle esigenze funzionali di utenze elettriche e sorgenti di alimentazione, e ai requisiti di corretto comportamento in caso di guasto; - Acquisire una conoscenza adeguata: della terminologia utilizzata nel settore dell’impiantistica elettrica, e della migliore modalità di rappresentazione delle esigenze specialistiche degli impianti elettrici per il settore aeronautico; - Essere in grado di trasferire le procedure apprese di analisi e di successivo dimensionamento, basate più sulla comprensione dei fenomeni fisici di base che sulla conoscenza di soluzioni standardizzate, in caso di aggiornamento di tecnologie sia di sistema che di componente.

L’obiettivo formativo del corso è quello di offrire allo studente una preparazione specifica che gli consenta di sintetizzare alcune conoscenze di base dell'Ingegneria aeroportuale per il corretto svolgimento dell'attività professionale. L’obiettivo verrà perseguito attraverso una specifica applicazione progettuale di un sistema aeroportuale, che si svolgerà con esercitazioni mirate all’adeguamento di un aeroporto esistente a nuove condizioni di traffico. Alla fine del corso lo studente dovrà avere le competenze per pianificare e gestire le infrastrutture aeroportuali in un’ottica smart, comprese le conoscenze delle tecniche realizzative più sostenibili (riciclaggio di pavimentazioni, riduzione delle emissioni di CO2, accessibilità in aeroporto con modi di trasporto sostenibili/ intermodalità, ecc.)

Il corso si propone di completare l’analisi del problema strutturale incentrando l’attenzione sui problemi non lineari. In particolare, si forniscono gli strumenti teorici e computazionali per l’analisi della risposta delle strutture in regime non lineare sia di spostamenti e deformazioni sia di legame costitutivo che di forzanti, come quelle aerodinamiche o da effetti termici.Conoscenza critica dei fondamenti della meccanica non lineare dei solidi deformabili, delle strutture monodimensionali (cavi, travi) e bidimensionali (piastre). Abilità metodologiche di impostazione, calcolo ed analisi critica di problemi applicativi di meccanica non lineare dei solidi e delle strutture, con riferimento alla valutazione degli stati limite e degli scenari di risposta post-critica.

Il corso illustra le metodologie di base di stima e filtraggio. Lo studente sarà in grado di utilizzare le principali tecniche di stima e di formulare e studiare problemi di ottimizzazione di diversa natura.
Obiettivi specifici

• Conoscenza e comprensione Lo Studente apprenderà i metodi della teoria della stima ottima da applicare in ambiti diversi
• Applicare conoscenza e comprensione Lo Studente deve essere in grado, a partire dai dati disponibili, di elaborare algoritmi di stima di parametri caratteristici di un processo.
• Capacità critiche e di giudizio Lo Studente sarà in grado di analizzare un problema di stima, modellarlo e proporre la migliore strategia di stima, implementandola per valutarne i risultati
• Capacità comunicative Le attività del corso consentiranno allo Studente di comunicare e condividere le principali problematiche in specifici campi di applicazione, evidenziando le scelte progettuali, i relativi punti di forza e punti deboli
• Capacità di apprendimento Le modalità di svolgimento del corso mirano a potenziare le capacità critiche dello Studente, dall’analisi di un problema, allo studio della letteratura, alla fase progettuale e di implementazione

Teoria della probabilità.

Stime: definizioni e proprietà.

Limite inferiore di Rao-Cramer.

Stime ottime: minimi quadrati, massima verosimiglianza, bayesiana con minima varianza dell'errore di stima.

Filtro di Kalman.

Filtro di Kalman a regime permanente.

Minimi quadrati ricorsivi.

• Teoria della probabilità.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Stime: centratezza, efficienza e consistenza. Cramer-Rao lower bound
• Testi di riferimento: Note del corso
• Stime ottime: minimi quadrati, massima verosimiglianza, bayesiana con minima varianza dell'errore di stima.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Filtro di Kalman. Filtro di Kalman a regime permanente.
• Testi di riferimento: Note del corso

La valutazione consiste esclusivamente in una prova orale: lo Studente deve sostenere un esame orale su tutto il programma svolto a lezione

Note del Corso

C. Bruni, C. Ferrone, "Metodi di stima per il filtraggio e l'identificazione dei sistemi", Aracne, 2008

Tutti i testi sono disponibili in biblioteca oppure sono on line.

La prova finale consiste nello svolgimento di una tesi teorica, sperimentale, progettuale o compilativa su argomenti relativi agli insegnamenti del Corso di Laurea Magistrale , da svilupparsi sotto la guida di un docente appartenente al Consiglio didattico relativo, anche in collaborazione con enti pubblici e privati, aziende manifatturiere e di servizi, centri di ricerca operanti nel settore di interesse. Nel corso della elaborazione della tesi lo studente dovrà, in primo luogo, analizzare la letteratura tecnica relativa all'argomento in studio. A valle di questa fase il laureando dovrà, in maniera autonoma e a seconda della tipologia della tesi: -proporre soluzioni al problema proposto con una modellizzazione che consenta di analizzare la risposta del sistema in corrispondenza a variazioni nelle variabili caratteristiche del sistema; -nel caso di lavoro sperimentale, elaborare un piano della sperimentazione che consenta di ottenere i risultati desiderati. -nel caso di lavoro progettuale, dimensionare, anche attraverso l'utilizzazione di codici di calcolo, un velivolo o parte di esso, mettendo in evidenza i vantaggi ottenuti rispetto alle soluzioni esistenti.

Gli obiettivi del modulo consistono nel fornire agli studenti nozioni relative alle tecnologie in uso per il controllo del traffico aereo, in decollo in atterraggio ed in fase di movimentazione in aeroporto. Vengono impartite, in particolare nozioni sui radar primari di controllo del traffico aereo, sulle tecniche di cancellazione del clutter e di integrazione azimutale, sui radar meteo e sui sistemi ASMGCS di controllo e guida della movimentazione di mezzi nell'ambito del sedime aeroportuale. Infine verranno fornite nozioni sull'avionica e sulla strumentazione per la condotta del volo. Lo studente acquisira’ conoscenze in grado di renderlo capace di operare in un sistema di controllo del traffico aereo in tutti i livelli di cui esso si compone.

The student will acquire the ability to design and evaluate the performance and environmental impact of aircrafts equipped with innovative engines and propulsion systems, taking into account safety requirements, energy efficiency, reliability, and environmental sustainability. Additionally, the student will be able to develop and use computational codes for this purpose, knowing how to interpret the results critically and recognizing the impact of different hypotheses and methodologies employed.

Gli allievi che intendono frequentare il corso di turbolenza hanno già acquisito dai corsi di base le conoscenze fondamentali sulle leggi che governano il moto dei fluidi, descritte dalle equazione di Navier-Stokes. Tuttavia i flussi che si incontrano nelle applicazioni della fluidodinamica, aerodinamica e gasdinamica di interesse per l’aeronautica e per l’aerospazio sono enormemente più complessi di quelli elementari che gli allievi hanno imparato a conoscere. Come conseguenza, le conoscenze acquisite, certamente di grande valore per la formazione preliminare, posseggono un ben scarso interesse per la comprensione dei fenomeni fisici da sfruttare/ottimizzare nella progettazione aerodinamica. L’allievo si trova nelle condizioni degli studiosi di fine diciannovesimo secolo: conoscevano il modello matematico corretto da cui però non riuscivano ad estrarre informazioni con valore predittivo (per citare esempi noti ai più, si ricorderà il paradosso di D’Alembert, ma anche come il flusso in un canale di irrigazione abbia ben poco in comune con la soluzione di Poiseuille che tutti conosciamo e tantomeno con il comportamento di uno strato limite realistico). In modo errato, nel gergo corrente talvolta si parla ancora di fluido turbulento, retaggio del fatto che la turbolenza era vista come qualcosa di diverso dal flusso di un fluido “ordinario”. Nei fatti, TUTTI i flussi di interesse pratico, esclusi quelli che facciamo riferimento alla microfuidica e alla nanofluidica, sono turbolenti (ad esempio, il flusso in una stanza, in cui l’aria è percepita come ferma, è turbolento. Se non lo fosse gli odori si diffonderebbero con scale temporali delle ore, rispetto ai secondi con cui arriviamo a percepire le sensazioni odorose). La difficoltà è che la turbolenza è l’unico problema fondamentale di fisica classica sopravvissuto alla rivoluzione scientifica della prima metà del ventesimo secolo. Tutti gli altri, nessuno escluso, sono da considerarsi perfettamente risolti, almeno a livello fondamentale.
In questo contesto, in senso generale, l’obiettivo del corso di turbolenza consiste nel traghettare l’allievo da una conoscenza elementare verso una visione già completa e sofisticata che possa avere diretta applicazione nella progettazione. Per far questo è necessario portarlo alla chiara comprensione dei meccanismi fondamentali della turbolenza in flussi liberi (ad esempio getti) e di parete (ad esempio strati limite).
La turbolenza è un processo stocastico governato da equazioni deterministiche. Per descriverla è necessario il linguaggio della probabilità applicato al sistema delle equazioni di Navier- Stokes, certamente il sistema di equazioni più complesso e difficile tra quelli di largo interesse per le applicazioni.
Primo obiettivo del corso è dunque introdurre il linguaggio appropriato per descrivere il comportamento di campi di moto turbolento, che hanno natura stocastica. Si tratta dunque di sviluppare gli strumenti di probabilità e statistica per la descrizione di campi stocastici governati da equazioni deterministiche e non deterministiche. Gli allievi vengono fatti familiarizzare con il concetto di processo stocastico e con gli strumenti fondamentali per analizzarne le proprietà statistiche.
Una volta compreso e padroneggiato il linguaggio, verranno forniti all’allievo gli strumenti per comprendere e calcolare i più comuni flussi turbolenti, quali flussi in prossimità di parenti (strati limite, ad esempio), e flussi liberi (ad esempio getti). Verrà dedicato tempo a capire i meccanismi universali che regolano la turbolenza sviluppata, analizzando il modello della turbolenza omogenea ed isotropa. In questo contesto l’obiettivo consiste nel portare l’allievo alla chiara comprensione dei meccanismi fondamentali della turbolenza, come il trasporto turbolento alla base, ad esempio, della enormemente accresciuta capacità di mescolamento o di trasporto di calore e, di particolare interesse per l’aerodinamica, l’accresciuta resistenza al moto tipica della turbolenza.
Il passo successivo è far padroneggiare all’allievo i modelli di calcolo per i flussi turbolenti con modelli predittivi e semi-predittivi, quali quelli utilizzati comunemente nella progettazione. Per fare questo vengono fornite le basi per le moderne tecniche di simulazione numerica di flussi turbolenti, che spaziano dalla simulazione diretta, alle soluzione delle equazione mediate, introducendo il concetto di modellizzazione delle cosiddette grandi scale scale del flusso, che corrispondono alle tre categorie di tecniche note con acronimo inglese come DNS, RANS e LES., rispettivamente. Lo scopo è fornire una conoscenza critica dei vari modelli di turbolenza disponibili per la progettazione aerodinamica e fluidodinamica in genere fornendo la capacità di selezionare l’approccio più adatto per risolvere uno specifico problema.
In molti casi è importare analizzare come la turbolenza si sviluppa in una determinata geometria. E’ quindi importante comprendere i parametri che controllano la stabilità di un flusso laminare e i meccanismi che portano alla transizione alla turbolenza, con l’obiettivo, ad esempio, di ritardarne lo sviluppo. Si affronteranno infine alcuni aspetti complementari, come ad esempio la descrizione dei meccanismi di produzione di rumore da turbolenza.
In conclusione, globalmente, l’obiettivo del corso è di portare l’allievo da una conoscenza sostanzialmente scolastica del moto dei fluidi alla competenza avanzata richiesta per l’analisi e la modellizzazione dei flussi reali.