ITALIANO

L’Aerodinamica è lo studio dell’interazione che ha luogo tra un corpo e un flusso d’aria nel quale esso è immerso. Nel corso di Aerodinamica dei Velivoli, il corpo è l’aereo e l’interazione viene studiata al fine di valutare le prestazioni aerodinamiche del velivolo quali, per esempio, portanza, resistenza e momento di beccheggio.
L’aerodinamica dell'aeromobile viene caratterizzata in dettaglio per condizioni di volo sia subsoniche sia supersoniche, mediante l’utilizzo di specifici e attuali modelli fisico-matematici quali: flussi potenziali 2D/3D da incompressibile a supersonico, incluso metodi a pannelli e vortex lattice; metodi di strato limite, incluso transizione e turbolenza; modelli accoppiati inviscido/viscoso; soluzioni 2D/3D di Eulero e Navier-Stokes. Mediante numerose applicazioni teorico-numeriche saranno determinate forze e momenti aerodinamici di numerose configurazioni di velivoli, attualmente in esercizio nell'ambito sia dell'Aviazione Generale sia del trasporto transonico-supersonico.

1) Appunti del Docente.
2) VALENTINO LOSITO (1983). Fondamenti di aeronautica generale. Accademia aeronautica, 1982
3) Fundamentals of Aerodynamics – John D. Anderson – Third edition – Mc Graw Hill. ISBN: 0072373350
4) Barnes W. McCormick. Aerodynamics, Aeronautics, and Flight Mechanics. John Wiley & Sons, Inc. New York.
5) Sighard F. Hoerner. Fluid-Dynamic Drag. Hoerner Fluid Dynamics.
6) Sighard F. Hoerner. Fluid-Dynamic Lift. Hoerner Fluid Dynamics.
7) Applied Aerodynamics – A Digital Textbook – Ilan Kroo – Desktop Aeronautics Inc.
8) Hubert C. Smith. The illustrated guide to aerodynamics. McGraw-Hill. 1992

Nel corso di Aerodinamica dei Velivoli lo studente apprenderà i principi di base, le leggi e le equazioni generali della Meccanica dei Fluidi da applicare per ottenere le prestazioni aerodinamiche di svariate configurazioni di velivoli, correntemente impiegate dall’Aviazione Generale fino al moderno Trasporto Civile Supersonico. Al termine di questo corso, lo studente sarà in grado di: 1) formulare e applicare modelli aerodinamici adeguati al fine di prevedere le forze e le prestazioni aerodinamiche di un velivolo; 2) valutare l'applicabilità dei modelli aerodinamici per prevedere le forze e le prestazioni aerodinamiche di un velivolo e stimare gli errori risultanti dalla loro applicazione; 3) eseguire la progettazione aerodinamica preliminare, nonché l'analisi aerodinamica computazionale.

Aerodinamica e Meccanica del Volo.

La Didattica è erogata con lezioni ed esercitazioni numeriche frontali. Sono previsti anche alcuni seminari erogati da esponenti con qualificata esperienza nell’ambito dell'aerodinamica degli aeromobili. Gli argomenti dei seminari sono parte del programma e oggetto di verifica nell’esame di profitto.

La verifica dell’apprendimento avviene tramite una prova orale durante la quale lo studente deve dimostrare la padronanza degli argomenti riportati nel programma dell’Insegnamento e discutere, altresì, un elaborato con tutte le esercitazioni numeriche effettuate durante il corso.

Gli strumenti a supporto della didattica sono, tipicamente, lavagna e proiezioni multimediali.

Preludio
Cenni storici sul volo e l’Aviazione. I fratelli Wright ed il Flyer. L’imperativo dell’Aviazione: volare più alti e più veloci possibile.

Elementi Architetturali dei Velivoli
Nozioni di base sulla classificazione e l’architettura dell'aeroplano. La fusoliera; scivolo e angolo di rampa; il raccordo alla Karman per la giunzione fusoliera-ala. Le superfici alari; configurazione Canard; forma in pianta dell’ala; apertura alare e superficie in pianta dell’ala; corda media aerodinamica; rapporto di rastremazione; svergolamento geometrico ed aerodinamico dell’ala; angolo di freccia e angolo diedro dell’ala; allungamento alare. Organi di Ipersostentazione. Ala e superfici di controllo. I piani di coda: tipologie e superfici di controllo. Il carrello di atterraggio. Il sistema propulsivo. Il profilo alare; forma e classificazione dei profili alari; la nomenclatura NACA. Elementi di terminologia aeronautica; angolo d’attacco e di sideslip. I sistemi di riferimento: assi velivolo e assi vento. L'atmosfera terrestre; venti e turbolenze; Il modello di atmosfera standard.

Aerodinamica: Richiami e Concetti di base
Fluidi: fondamenti; la viscosità del fluido; Il modello di fluido newtoniano; l'ipotesi del continuo; la particella di fluido elementare; proprietà dei fluidi in quiete: densità; temperatura; pressione; la legge di Pascal; peso specifico. L'equazione di stato dei gas. La comprimibilità del fluido; la propagazione dei piccoli disturbi; la velocità del suono secondo Newton e Laplace; agitazione molecolare e velocità del suono. I numeri caratteristici di Knudsen, Mach e Reynolds; numero di Mach e classificazione dei regimi di moto; campo subsonico, transonico e supersonico; Mach critico inferiore e superiore; numero di Mach e comprimibilità; evoluzione delle caratteristiche del flusso al variare del Mach. La genesi della forza aerodinamica; integrale degli sforzi di pressione e di taglio. Meccanica dei fluidi: statica dei fluidi: la legge di Stevino; valutazione delle caratteristiche dell'atmosfera standard: la Troposfera; la Stratosfera.
Dinamica dei fluidi; descrizione del campo di moto: gli approcci lagrangiano ed euleriano; derivata totale o sostanziale; modelli semplificati per il campo di moto; il principio di reciprocità del moto. Le equazioni del Bilancio; conservazione della massa: l'equazione della continuità; formulazione locale o differenziale; formulazione globale o integrale; conservazione della quantità di moto; le equazioni di Navier-Stokes; le equazioni del campo di moto per flussi stazionari, viscosi, pesanti e incomprimibili intorno all’ala infinita; la conservazione della quantità di moto per flussi stazionari, inviscidi e pesanti intorno all’ala infinita: l'equazione di Eulero; un approccio alternativo per derivare l'equazione di Eulero; Integrazione dell'equazione di Eulero: il teorema di Bernoulli; Il teorema di Bernoulli per i flussi comprimibili; l'effetto Coandă; l'equazione di Bernoulli per i flussi inviscidi e rotazionali; Il tubo di Venturi; misurazione della pressione: il tubo di Pitot; valutazione della velocità in volo.
Flusso a Potenziale intorno ad un cilindro circolare retto non rotante; andamento delle linee di corrente nel campo; posizione dei punti di ristagno; andamento del coefficiente di pressione e della velocità sul corpo; il gradiente di pressione avverso e favorevole; il paradosso di D’Alembert. Il campo di moto intorno a un cilindro circolare retto rotante; il coefficiente di pressione; posizione dei punti di ristagno e circolazione; condizione di Kutta; il teorema di Kutta-Joukowsky: la genesi della portanza aerodinamica; cenni alle trasformate conformi di Joukowsky. Circolazione su un profilo alare e condizione di Kutta; circolazione su un profilo alare e vortice di primo distacco. Panoramica dei metodi a pannello.
Flussi laminari e turbolenti; Influenza del numero di Reynolds. Lo strato limite; profilo di velocità nello strato limite; la lastra piana: strato limite e il coefficiente d'attrito locale e globale; stima dello spessore di strato limite e del coefficiente d'attrito a parete per flusso incomprimibile laminare; stima dello spessore di strato limite e del coefficiente d'attrito a parete per flusso incomprimibile turbolento. Aspetti salienti sulla transizione da flusso laminare a flusso turbolento; effetti del gradiente di pressione sul campo di moto; effetti della rugosità superficiale del corpo sul campo di moto. La separazione; separazioni laminari e separazioni turbolente; definizione del punto di separazione e profili di velocità nello strato limite nel caso di flusso separato; importanza dell’energizzazione del flusso a parete. Relazione tra lo stato dello strato limite e la resistenza aerodinamica di un corpo. Aspetti salienti dello strato limite per flussi ad alta velocità: lo strato limite comprimibile. Panoramica degli effetti viscosi sulla resistenza; la resistenza di profilo. Coefficienti di forza e momento aerodinamici. Valutazione globale della portanza aerodinamica. Convenzioni comunemente adottate per i coefficienti aerodinamici e i sistemi di riferimento. Lo standard ISO-1151.

Aerodinamica Subsonica
Effetti della forma del corpo e aerodinamica; L'ala infinita; richiami della Teoria Vorticosa dell’ala infinita; il centro di pressione e il centro aerodinamico del profilo; posizione del centro di pressione e aerodinamico al variare dell’assetto del profilo; retta di portanza e angolo di portanza nulla; angolo d’attacco ideale. Separazione del flusso sul profilo: descrizione dettagliata. Coefficienti aerodinamici del profilo; portanza, resistenza e momento di beccheggio; il momento focale; tipici andamenti delle caratteristiche aerodinamiche di portanza, resistenza e momento di beccheggio in funzione dell’angolo d’attacco; coefficiente di pressione e coefficienti aerodinamici; effetti di spessore e curvatura del profilo sulle sue caratteristiche aerodinamiche. Lo stallo del profilo; dipendenza dello stallo dalla geometria del profilo e dal numero di Reynolds; i tipi di stallo: stallo convenzionale; stallo da esplosione di bolla; stallo da bolla lunga; stallo combinato.
L'ala finita: richiami della Teoria del Filetto Portante di Prandtl. Effetti dell’allungamento alare; il downwash; circolazione e sistema di vortici per un'ala finita: genesi della portanza aerodinamica di un'ala finita; la resistenza indotta; distribuzione di portanza ellittica; Il fattore di Oswald. Determinazione del centro aerodinamico dell’ala. Resistenza di interferenza. Lo stallo dell’ala finita; il sentiero di stallo; effetti del rapporto di rastremazione e dell’angolo di freccia dell’ala finita; condizione di funzionamento di un’ala finita in prossimità dello stallo; strumenti per il controllo dello stallo. Dispositivi di alta portanza: i flap; gli slats e slots. Controllo dello Strato Limite. Dispositivi di alta resistenza: gli spoiler; i dive brakes; gli aerofreni. Effetti dei numeri di Mach e Reynolds sui coefficienti aerodinamici; il numero di Reynolds e gli effetti di scala.
Comportamento aerodinamico dell'ala e relazione con quello del suo profilo. Geometria e distribuzione di portanza lungo l'apertura alare; carico di portanza; legame tra carico di portanza e forma in pianta dell’ala; carico di portanza e stallo delle superfici portanti; legame tra carico di portanza e rapporto di rastremazione dell’ala; legame tra carico di portanza e freccia dell’ala; legame tra carico di portanza e svergolamento geometrico e aerodinamico dell’ala. Metodo a pannelli e Vortex Lattice (VLM); i codici XFOIL ed AVL; valutazione numerica della polare di un profilo generico mediante XFOIL; confronto con i dati di letteratura; AVL e le caratteristiche aerodinamiche dell’ala finita; valutazione mediante AVL del carico di portanza per unità di apertura alare di una generica ala; valutazione mediante AVL del fattore di Oswald e confronto coi metodi di McCormick e Hoerner; valutazione mediante AVL del sentiero di stallo di una generica ala, con effetto della forma in pianta e dello svergolamento geometrico ed aerodinamico.

Aerodinamica Transonica e Supersonica
Effetti di compressibilità dell’aria. Fenomeni del volo transonico. Fenomeni del volo supersonico; tipici schemi di flusso supersonici; onda d'urto obliqua; onda d'urto normale; onda di espansione. Richiami della Teoria di Prandtl-Glauert; profili alari nel flusso transonico. Richiami della Teoria di Ackeret; profili alari nel flusso supersonico; profili a bordo aguzzo per il volo supersonico; urto obliquo attaccato al bordo aguzzo del profilo.
Effetto della variazione del Mach sulle caratteristiche aerodinamiche del profilo. Effetto della velocità di volo sullo spostamento del centro di pressione e del centro aerodinamico di un profilo; Mach critico; il coefficiente di pressione critico: valutazione e relazione con la forma e dimensione del profilo. Il Mach di divergenza della portanza; il Mach di divergenza della resistenza; definizione operativa del Mach di divergenza; resistenza d’onda; genesi dell’onda a lambda per flussi transonici; effetti di interazione strato limite/onda d’urto (SWIBLI) in condizione di flusso transonico. I profili supercritici.
Effetti di configurazione a velocità transonica e supersonica; effetti della forma in pianta dell’ala; effetto dell’allungamento alare; effetto della freccia dell’ala: la legge del coseno; relazione tra l’angolo di freccia dell’ala ed il Mach di volo. L’ala a delta; fenomeno dello stallo al bordo d’attacco dell’ala a delta; Il fenomeno del vortex lift dell’ala a delta. Stima della polare dell’ala finita; il modello parabolico della polare. Superfici di controllo; problemi di controllo. Alcune considerazioni sulle prese d’aria in regime supersonico. Alcune considerazioni sul riscaldamento aerodinamico in regime supersonico ed ipersonico.
Cenni di aerodinamica ipersonica: Il platò di Oswatich (principio di indipendenza delle caratteristiche aerodinamiche dal numero di Mach ipersonico).

Aerodinamica dell'aeroplano: panoramica ed applicazioni
La portanza; interpretazione globale della portanza; la resistenza; resistenza parassita e area parassita equivalente; resistenza indotta; interpretazione energetica della resistenza indotta; resistenza d’onda; metodi per ridurre la resistenza indotta e quella d’onda; ala a freccia; numero di Mach di volo e freccia dell’ala. Ala a delta; lo stallo al bordo d’attacco e il vortex lift. Prestazioni aerodinamiche di un aeromobile: effetto dell’altitudine; effetto della velocità; effetto dell’allungamento alare; il volo livellato; velocità minima e coefficiente di portanza massima; la velocità di stallo; il volo in condizioni di alta portanza; effetto del peso; effetto dei dispositivi di alta portanza; funzionamento dei dispositivi di alta portanza. Progettazione aerodinamica di un aeroplano; ala a freccia in flussi subsonici: effetti sulle prestazioni aerodinamiche; progettazione aerodinamica della fusoliera; progettazione aerodinamica dell’ala; scelta del profilo e della forma in pianta dell’ala; winglets; superficie canards; progetto aerodinamico del piano di coda; configurazione del paino di coda: T-Tails e V-Tails; la condizione di trim di un velivolo. Fondamenti di stabilità e controllo dell'aeroplano; il significato di stabilità; la stabilità statica longitudinale; effetti della posizione del centro di gravità del velivolo; il margine statico; controlli per pitch, yaw e roll; stabilità statica direzionale; stabilità statica laterale; accoppiamento latero-direzionale; elementi di stabilità dinamica; il Dutch Roll. Stima della polare del velivolo completo in configurazione pulita e flappata, al variare del numero di Mach; polare trimmata di un velivolo. Modello aerodinamico e sviluppo del database aerodinamico di un velivolo; formulazione del database aerodinamico. Tipico Drag breakdown per un generico velivolo.
Velivoli transonici: profili supercritici e legge delle Aree. Velivoli supersonici: fusoliere alla Sears-Haack ed ali a basso allungamento; cenno all’aerodinamica del Concorde.
Fenomeno del boom sonico; effetti della configurazione e del peso del velivolo sul boom sonico.
Esercitazioni numeriche: Le equazioni di Navier-Stokes: introduzione alle PDE; cenni alle strategie numeriche per l’integrazione delle PDE; introduzione alla Computational Fluid Dynamics (CFD). Introduzione ad software ICEM e FLUENT per la soluzione numerica dei campi di moto; creazione di un profilo NACA-0012 su ICEM e realizzazione della relativa mesh per flusso subsonico e transonico; analisi CFD del campo di moto bidimensionale intorno al profilo NACA-0012 mediante FLUENT per regime subsonico e transonico; postprocessing e realizzazione della polare; confronto con i dati (coefficienti aerodinamici e distribuzione di pressione sul corpo) disponibili in letteratura; confronto dei risultati CFD con quelli ottenuti con XFOIL; analisi CFD del campo di moto tridimensionale intorno ad una configurazione Concorde-like mediante FLUENT per regime supersonico; postprocessing e realizzazione della polare a M=2; valutazione numerica del fenomeno del vortex lift.

Italian

Aerodynamics is the study of the interaction that takes place between a body and an airflow in which the body is immersed. During the Aircraft Aerodynamics’ Course, the body is an airplane and the interaction is investigated in order to address the aerodynamic performance of the aircraft such as, for instance, lift, drag and pitching moment.
The aircraft aerodynamics is characterized in detail in both subsonic and supersonic flight conditions, through the use of specific and up to date physical-mathematical models such as: 2D/3D potential flows from incompressible to supersonic flow, including panel and vortex lattice methods; boundary layer methods, including transition and turbulence; coupled models inviscid / viscous; 2D/3D solutions by Euler and Navier-Stokes. Through numerous theoretical-numerical applications, aerodynamic forces and moments of numerous aircraft configurations, currently in operation in both General Aviation and transonic-supersonic transport, will be addressed.

1) Notes provided by the Teacher.
2) VALENTINO LOSITO (1983). Fondamenti di aeronautica generale. Accademia aeronautica, 1982
3) Fundamentals of Aerodynamics - John D. Anderson - Third edition - Mc Graw Hill. ISBN: 0072373350
4) Barnes W. McCormick. Aerodynamics, Aeronautics, and Flight Mechanics. John Wiley & Sons, Inc. New York.
5) Sighard F. Hoerner. Fluid-Dynamic Drag. Hoerner Fluid Dynamics.
6) Sighard F. Hoerner. Fluid-Dynamic Lift. Hoerner Fluid Dynamics.
7) Applied Aerodynamics – A Digital Textbook – Ilan Kroo – Desktop Aeronautics Inc.
8) Hubert C. Smith. The illustrated guide to aerodynamics. McGraw-Hill. 1992

During the Course of Aerodynamics of Aircraft, the student will learn the basic principles, laws and general equations of Fluid Mechanics to be applied to obtain the aerodynamic performance of various aircraft configurations, currently used by General Aviation up to the modern Supersonic Civil Transport. At the end of this course, the student will be able to: 1) formulate and apply appropriate aerodynamic models in order to predict the aerodynamic forces and performance of an aircraft; 2) evaluate the applicability of aerodynamic models to predict the aerodynamic forces and performance of an aircraft and estimate the errors resulting from their application; 3) perform preliminary aerodynamic design, as well as computational aerodynamic analysis.

Aerodynamics and Flight Mechanics.

Teaching is provided with traditional lessons and numerical exercises. Seminars provided by people with qualified experience in the field of aircraft aerodynamics are also planned. The topics of the seminars are part of the course syllabus.

The verification of the learning takes place through an oral exam during which the student must demonstrate mastery of the topics listed in the course syllabus and discuss all the numerical exercises performed during the course.

Prelude
Historical notes on Flight and Aviation. The Wright’s brother and the Flyer. The urge to fly higher and faster.

Basics of Airplane Architecture
Basics of airplane classification and architecture. The fuselage; the fuselage-wing joint. The wing surfaces; canard configuration; the wing planform; wingspan and wing planform area; mean aerodynamic chord; wing taper ratio; wing geometric and aerodynamic twists; wing sweep angle and dihedral angle; wing aspect ratio. Wing high-lift devices. Aerodynamic control surfaces. Tail planes: types and control surfaces. The landing gear. The propulsion system. The wing section; shape and classification of airfoils; the NACA nomenclature. Elements of aeronautical taxonomy; angle of attack and sideslip. The reference frames: body axes and wind axes. The Earth's atmosphere; winds and turbulence. The Standard atmosphere model.

Basics of Aerodynamics
Basics of Fluids. the fluid viscosity; the Newtonian fluid model; the continuum hypothesis; the elementary fluid particle; properties of fluids at rest: density; temperature; pressure; the Pascal law; specific weight. The equation of state. The fluid compressibility; the propagation of small disturbances; the speed of sound according to Newton and Laplace; molecular agitation and speed of sound. The characteristics numbers of Knudsen, Mach and Reynolds; Mach number and the classification of motion regimes; subsonic, transonic and supersonic fields; lower and upper critical Mach number; Mach number and fluid compressibility; evolution of flow characteristics as Mach number changes. The genesis of aerodynamic force: the integral of pressure and shear stresses. Fluid Mechanics; Fluid Statics: Stevin's law; evaluation of the characteristics of the standard atmosphere: the Troposphere; the Stratosphere. Fluid Dynamics; description of the motion field: the Lagrangian and Eulerian approaches; total or substantial derivative; simplified models for the flowfield motion; the reciprocity principle of motion; balance equations; conservation of mass: the continuity equation; local or differential formulation; global or integral formulation; momentum conservation equation; the Navier-Stokes equations. The flowfield equations for steady, viscous, heavy and incompressible flow past an infinite wing; The momentum conservation for steady, inviscid and heavy flow past an infinite wing: the Euler equation. An alternative approach to derive the Euler equation; integration of Euler equation: the Bernoulli's theorem; Bernoulli's theorem for compressible flows; the Coandă effect; the Bernoulli equation for inviscid and rotational flows; the Venturi tube. Pressure measurement: the Pitot tube; Evaluation of airspeed. Potential flow past a non-rotating right circular cylinder; streamlines field; position of stagnation points; pressure coefficient and velocity distributions on the body; the favorable and adverse pressure gradient; the D’Alembert’s paradox. The flowfield past a circular, right and rotating cylinder; the pressure coefficient; position of stagnation points and flow circulation; the Kutta’s condition; the Kutta-Joukowsky theorem: the genesis of aerodynamic lift; outline of conformal transformations of Joukowsky. Flow circulation past an airfoil and the Kutta’s condition; flow circulation past an airfoil and the starting vortex. Overview of panel methods.
Laminar and turbulent flows; influence of the Reynolds number. The boundary layer; speed profile in the boundary layer. The Flat plate: boundary layer and local and global skin friction coefficients; estimations of the boundary layer thickness and of the skin friction coefficient for laminar incompressible flow; estimations of the boundary layer thickness and of the skin friction coefficient for turbulent incompressible flow. Highlights on the transition from laminar to turbulent flow; effects of the pressure gradient on the flowfield motion; effects of surface roughness on the flowfield motion. The flow separation; laminar separations and turbulent separations; definition of the separation point and velocity profiles in the boundary layer in the case of a separate flow; importance of the flow energy at wall. Relationship between the state of the boundary layer and the aerodynamic drag of a body. Highlights of the Boundary Layer for high-speed flows: the compressible boundary layer. Overview of viscous effects on drag; the profile drag. Aerodynamic force and pitching moment coefficients; overall assessment of aerodynamic lift; conventions commonly adopted for aerodynamic coefficients and reference frames; the ISO-1151 standard.

Subsonic aerodynamics
Effects of body shape and aerodynamics. The infinite wing; review of the Thin Airfoil Theory; the center of pressure and the aerodynamic center of a wing section; position of the center of pressure and the aerodynamic centre versus airfoil angle of attack; the zero-lift angle; the ideal angle of attack. Flow separation and airfoil: detailed description. Aerodynamic coefficients of airfoils; lift, drag and pitching moment; pitching moment with respect to aerodynamic centre; typical trends of aerodynamic characteristics of lift, drag and pitching moment versus angle of attack; pressure coefficient and aerodynamic coefficients; effects of airfoil’s thickness and camber on its aerodynamic characteristics. The airfoil stall. effects of body geometry and Reynolds number on airfoil stall; investigation and discussion of the possible stall types for an airfoil.
The finite wing: review of the Prandtl’s Lifting Line Theory; wing span effects; circulation and vortex lattice for a finite wing: genesis of the aerodynamic lift of a finite wing; the Induced drag; the elliptical lift distribution; effects of wing downwash; the Oswald's factor; determination of the aerodynamic center of a finite wing; the interference drag; effects of wing taper ratio and sweep angle of a finite wing. The stall of a finite wing; the stall path; operation of a finite wing close to stall conditions. Stall control devices. High-lift devices: the flaps; slats and slots. Boundary Layer control. High-drag devices: spoilers; dive brakes; speed brakes. Effects of Mach and Reynolds numbers on airfoil’s aerodynamic coefficients; the Reynolds number and the scale effects.
Relationship between aerodynamic characteristics of a finite wing and its airfoil. Spanwise lift distribution; the Wing loading; effects of wing’s planform shape, taper ratio, sweep angle and twist on the spanwise lift distribution; spanwise lift distribution and wing stall.
Panel and Vortex Lattice (VL) methods; the XFOIL and AVL tools; numerical evaluation of the drag polar of a generic airfoil with XFOIL; comparison with literature data; AVL and the aerodynamic characteristics of the finite wing; Evaluation by AVL of the spanwise lift distribution for a generic wing; evaluation by AVL of the Oswald factor and comparison with the McCormick and Hoerner methods; evaluation by AVL of the stall path of a generic wing, with effect of the wing planform shape and geometric and aerodynamic twist.

Transonic and Supersonic Aerodynamics
Effects of air compressibility. Typical transonic and supersonic flight phenomena; oblique shock wave; normal shock wave; expansion wave. Review of the Prandtl-Glauert’s theory; wing sections in transonic flow. Review of the Ackeret’s theory; wing sections in supersonic flow. Sharp edge profiles for supersonic flight. Oblique shock wave attached to sharp edge airfoils.
Mach number effects on airfoils aerodynamic characteristics; Mach number effect on the displacement of the airfoil’s center of pressure and aerodynamic center; the critical Mach number; the critical pressure coefficient: evaluation and relationship with respect to the airfoil’s shape and geometry; the lift divergence Mach number; the drag divergence Mach number; the wave drag. Genesis of the lambda shock-wave in transonic flow conditions. Shock-wave boundary layer interaction (SWIBLI) in transonic flow conditions. The supercritical wing sections.
Overview of airplane aeroshape effects at transonic and supersonic speeds; effects of the wing planform shape; effects of wing aspect ratio; effects of wing sweep: the cosine’s law; relationship between wing sweep angle and flight Mach number. The Delta wing: the leading-edge stall phenomenon; the vortex lift phenomenon. Estimation of the drag polar of a finite wing; the parabolic model of the drag polar. Control surfaces; overview of control problems. Some considerations about air intakes in supersonic regime. Some considerations about aerodynamic heating at supersonic and hypersonic speeds;
Elements of hypersonic aerodynamics: the Oswatich's principle of independence of aerodynamic characteristics by the hypersonic Mach number.

Airplane Aerodynamics: overview and applications
The lift; global interpretation of lift. The drag; parasitic drag and equivalent parasite area. The induced drag; energetic interpretation of the induced drag. The wave drag; methods to reduce induced and wave drag. Swept wings; wing sweep angle and Mach number. Delta wings: the leading-edge stall and the vortex lift phenomena. Aerodynamic performance: effect of altitude; effect of flight speed; effect of wing aspect ratio; the unaccelerated level flight; minimum flight speed and maximum lift coefficient; the stall speed; flight in conditions of high-lift; weight effects; effects of high-lift devices. Overview of aerodynamic design of an airplane; swept wing in subsonic flows: effects on aerodynamic performance. Aerodynamic design of a fuselage. Aerodynamic design of a wing; choice of the wing section and planform shape; winglets; canards. Aerodynamic design of the tail plane; T-Tail and V-Tail configurations. Aircraft trim conditions. Fundamentals of stability and control of an airplane; the meaning of stability; longitudinal static stability; effects of the aircraft's center of gravity position; the static margin; controls for pitch, yaw and roll; directional static stability; lateral static stability; elements of dynamic stability; the Dutch Roll. Estimation of the drag polar for an aircraft in both clean and flapped configurations and effect of Mach number. Aerodynamic model and development of the aerodynamic database of an aircraft; aerodynamic database formulation. Typical drag breakdown for a generic aircraft.
Transonic aircrafts: supercritical airfoils and area rule. Supersonic aircrafts: Sears-Haack fuselages with low aspect ratio wings. Overview of the Concorde aerodynamics.
Sonic Boom phenomenon. Effects of the configuration and weight of the aircraft on the sonic boom.

Numerical exercises: The Navier-Stokes equations: introduction to PDEs; highlights about numerical strategies for PDE integration; introduction to Computational Fluid Dynamics (CFD); Introduction to ICEM and FLUENT tools for the flowfield numerical analysis; mesh generation for a NACA-0012 airfoil in ICEM for subsonic and transonic flow investigations; CFD analysis of the two-dimensional flowfield past a NACA-0012 airfoil by using FLUENT for both subsonic and transonic regimes; postprocessing and drag polar assessment; comparison with available literature data (i.e., aerodynamic coefficients and pressure coefficient distributions); comparison of CFD results with those obtained with XFOIL; CFD analysis of the three-dimensional flowfield past a Concorde-like configuration by using FLUENT for supersonic regime; postprocessing and evaluation of the drag polar at M=2; numerical assessment of the vortex lift phenomenon.