ITALIANO

L’insegnamento affronterà le principali problematiche connesse all’interazione tra forze aerodinamiche e risposte strutturali, con riferimento ai fenomeni aeroelastici che possono compromettere la stabilità e l’integrità dei velivoli. Nel dettaglio, l’insegnamento affronterà la classificazione dei fenomeni aeroelastici (statici e dinamici), l’introduzione e l’impiego della formulazione operazionale per la descrizione matematica dei problemi aeroelastici, e i fondamenti di meccanica delle vibrazioni. Verranno inoltre analizzati in dettaglio i fenomeni di divergenza, flutter e risposta forzata, con esempi applicativi riferiti a strutture aeronautiche semplificate.

1. Scanlan, R., Peters, D. A., Simiu, E., Edwards, J. W., Hall, K. C., Cox, D., Clark, R., Curtiss, H. C., Strganac, T. W., Sisto, F. (2004). A Modern Course in Aeroelasticity. Paesi Bassi: Springer Netherlands. 2. Fung, Y. C. (2008). An Introduction to the Theory of Aeroelasticity. Italia: Dover Publications. 3. Bisplinghoff, R. L., Halfman, R. L., Ashley, H. (2013). Aeroelasticity. Stati Uniti: Dover Publications. 4. Dispense dalle lezioni e dalle esercitazioni Testi specifici per studenti stranieri/erasmus NO Testi specifici per studenti non frequentanti NO

Gli obiettivi formativi sono declinabili attraverso i c.d. “descrittori di Dublino”: Conoscenza e capacità di comprensione Il corso si prefigge di far acquisire allo studente una solida preparazione in materia di fenomeni aeroelastici e delle loro implicazioni nella progettazione delle strutture aeronautiche, ai fini della comprensione delle instabilità statiche e dinamiche che possono compromettere la sicurezza e le prestazioni del velivolo. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente deve essere in grado di rilevare condizioni critiche di instabilità aeroelastica all’interno di strutture aeronautiche. Deve altresì comprendere l’interazione tra forze aerodinamiche e risposte strutturali, ed essere in grado di applicare modelli analitici e numerici per la previsione del comportamento aeroelastico. Autonomia di giudizio Lo studente deve essere in grado di formulare un giudizio critico sull’influenza dei fenomeni aeroelastici nella progettazione strutturale. Deve altresì essere in grado di giudicare l’impatto di scelte progettuali sull’insorgenza di instabilità, proponendo strategie di mitigazione adeguate. Abilità comunicative Lo studente deve essere in grado di illustrare fondamenti teorici e applicativi relativi all’aeroelasticità, con riferimento sia agli aspetti modellistici che progettuali. Deve altresì argomentare i collegamenti logici tra le diverse tematiche del corso, utilizzando un linguaggio tecnico proprio della materia. Capacità di apprendimento A conclusione del corso lo studente deve disporre di tutti gli strumenti utili per proseguire in modo autonomo, adottando un approccio critico, lo studio delle evoluzioni della materia, sia mediante continui aggiornamenti tecnici e normativi.

È richiesta la conoscenza degli elementi fondamentali delle costruzioni aeronautiche, del comportamento meccanico delle strutture, dei modelli di deformazione e resistenza dei materiali, e dei concetti di carico aerodinamico.

Lezioni frontali da 2h ciascuna sui diversi temi della materia accompagnate da esercitazioni in aula sull'applicazione delle conoscenze acquisite. Viaggi di istruzione NO Lavoro in gruppo di studio NO

La verifica dell'apprendimento prevede l'esame orale che verificherà le capacità di fare collegamenti critici, la capacità di sintesi e approfondimento, uso del lessico specialistico. E’ consentito usare prontuari, testi o materiali didattici durante la prova? NO E’ consentito l’uso di strumenti o materiale informatico (PC, tablet, etc.)? NO Al termine del corso è prevista la consegna di esercitazioni individuali, basate sull’analisi dei metodi teorici e analitici trattati durante il corso, con particolare riferimento alla modellazione dei fenomeni aeroelastici statici e dinamici. Le esercitazioni sono obbligatorie per accedere alla prova orale, ma non contribuiscono alla determinazione del voto finale. La prova orale consiste in un colloquio articolato in tre domande, volte ad accertare la capacità dello studente di descrivere, interpretare e applicare le metodologie di analisi aeroelastica alla progettazione e verifica delle strutture aeronautiche. Ogni domanda contribuisce alla valutazione complessiva e mira a verificare il livello di conoscenza, comprensione e padronanza critica degli argomenti trattati durante il corso.

Materiali di supporto online SI Dispense usate dal docente caricate su Teams dell’insegnamento SI Attività di tutorato NO Insegnamento mutuato NO Le prove di esame sono fissate con cadenza almeno mensile (ad esclusione della pausa estiva).

Il programma del corso è articolato come segue: Parte 1 – 4 ore Introduzione all’aeroelasticità Definizione e contesto dell’aeroelasticità. Cenni storici. Natura fisica dei fenomeni aeroelastici: sistemi aperti e chiusi, divergenza, instabilità statica, fenomeni dinamici. Introduzione ai fenomeni di flutter, risposta dinamica e buffeting. Panoramica sugli obiettivi del corso. Parte 2 – 4 ore Fondamenti teorici e formulazione operazionale dell’aeroelasticità Concetto di operatore aeroelastico (strutturale, aerodinamico, inerziale). Equazione generale dell’aeroelasticità in forma operazionale. Classificazione dei fenomeni aeroelastici statici e dinamici. Estensioni del triangolo di Collar. Specializzazioni dell’equazione generale e loro interpretazione. Parte 3 – 6 ore Operatore strutturale e modellazione del comportamento strutturale Metodi analitici, numerici e sperimentali per l’analisi statica. Sistemi di coordinate e coordinate generalizzate. Forze generalizzate. Coefficienti e funzioni di influenza. Caratterizzazione strutturale semplificata del velivolo e delle superfici portanti. Parte 4 – 4 ore Meccanica delle vibrazioni applicata all’aeroelasticità Principio di Hamilton e formulazione lagrangiana. Vibrazioni libere e forzate di sistemi a uno e più gradi di libertà. Sistemi a proprietà distribuite. Proprietà di ortogonalità e analisi modale. Richiami fondamentali per l’analisi dinamica aeroelastica. Parte 5 – 7 ore Fenomeni aeroelastici statici Studio della divergenza e dell’inversione dei comandi su ali dritte e ali a freccia. Modelli 2D e 3D. Influenza della distribuzione del carico (simmetrica e antisimmetrica) sul comportamento statico. Parte 6 – 7 ore Fenomeni aeroelastici dinamici Flutter binario flessione-torsione in regime bidimensionale incomprimibile. Panel flutter. Considerazioni sull’aerodinamica instazionaria e sulla frequenza ridotta. Interpretazione energetica del flutter. Parte 7 – 3 ore Progettazione e simulazione di modelli semplificati Simulazione strutturale, forma, proprietà inerziali e aerodinamiche. Modellazione semplificata per lo studio dei fenomeni aeroelastici. Parte 8 – 3 ore Strategie di test e validazione sperimentale Misura della flessibilità e delle frequenze naturali. Prove dinamiche su modelli in scala e in galleria del vento. Tecniche di identificazione modale. Prove in volo, test con razzo e slitta. Parte 9 – 10 ore Esercitazioni Svolgimento guidato di esercitazioni individuali su casi di studio, basate sull’analisi teorica e applicata dei metodi presentati durante il corso. Approfondimenti su fenomeni statici e dinamici, verifica dei criteri di instabilità, analisi semplificata di divergenza e flutter. Ci sono attività seminariali? NO

Italian

The class will face the main issues related to the interaction between aerodynamic forces and structural responses, with particular reference to aeroelastic phenomena that may affect the stability and integrity of aircraft structures. In particular, the class will face the classification of aeroelastic phenomena (static and dynamic), the introduction and use of the operational formulation for the mathematical description of aeroelastic problems, and the fundamentals of vibration mechanics. Specific attention will be given to the analysis of divergence, flutter, and forced response phenomena, with application examples on simplified aerospace structures.

1. Scanlan, R., Peters, D. A., Simiu, E., Edwards, J. W., Hall, K. C., Cox, D., Clark, R., Curtiss, H. C., Strganac, T. W., Sisto, F. (2004). A Modern Course in Aeroelasticity. Paesi Bassi: Springer Netherlands. 2. Fung, Y. C. (2008). An Introduction to the Theory of Aeroelasticity. Italia: Dover Publications. 3. Bisplinghoff, R. L., Halfman, R. L., Ashley, H. (2013). Aeroelasticity. Stati Uniti: Dover Publications. 4. Lecture notes Books only for foreign/erasmus students NO Books only for not attending students NO

The training objectives can be defined through the so-called “descriptors of Dublin”: Knowledge and understanding The course aims to provide the student with a solid preparation in the field of aeroelastic phenomena and their implications in the design of aircraft structures, for the purpose of understanding static and dynamic instabilities that may compromise the safety and performance of the vehicle. Ability to apply knowledge and understanding The student must be able to detect critical conditions of aeroelastic instability within aircraft structures. They must also understand the interaction between aerodynamic forces and structural responses, and be able to apply analytical and numerical models to predict aeroelastic behavior. Autonomy of judgement The student must be able to formulate a critical judgment on the influence of aeroelastic phenomena in structural design. They must also be able to evaluate the impact of design choices on the onset of instabilities and propose suitable mitigation strategies. Communication skills The student must be able to illustrate theoretical and applicative foundations relating to aeroelasticity, with reference to both modeling and design aspects. They must also be able to explain the logical connections between the various topics covered in the course, using technical language appropriate to the subject. Learning ability At the end of the course the student must have all the useful tools to continue independently, adopting a critical approach, the study of the evolution of the subject, both through continuous technical and regulatory updates.

Basic knowledge of aircraft structures, mechanical behavior of structural components, deformation and strength models of materials, and fundamental concepts of aerodynamic loading is required.

Frontal lessons of 2 hours each on the different topics of the subject accompanied by exercises in the classroom on the application of the knowledge acquired. Educational trips NO Team study NO

The learning assessment includes an oral exam that will verify the ability to make critical connections, the ability to summarise and delve further, and the use of specialist vocabulary. Is it permitted to use handbooks, texts or teaching materials during the test? NO Is the use of computer tools or materials (PCs, tablets, etc.) permitted? NO At the end of the course, students are required to submit individual assignments based on the analysis of the theoretical and analytical methods covered during the lectures, with particular focus on the modeling of static and dynamic aeroelastic phenomena. These assignments are mandatory in order to access the oral examination, but they do not contribute to the final grade. The oral examination consists of an interview structured around three questions aimed at assessing the student’s ability to describe, interpret, and apply aeroelastic analysis methodologies to the design and verification of aircraft structures. Each question contributes to the overall evaluation and is intended to verify the student’s level of knowledge, understanding, and critical mastery of the topics covered in the course.

Support material online YES Lecture notes used by the teacher on Teams YES Tutoring NO Class replicated NO Monthly oral examinations are programmed (excluding summer holydays).

The course is structured as follows: Part 1 – 4 hours Introduction to Aeroelasticity Definition and context of aeroelasticity. Historical background. Physical nature of aeroelastic phenomena: open and closed systems, divergence, static instability, dynamic phenomena. Introduction to flutter, dynamic response, and buffeting. Overview of course objectives. Part 2 – 4 hours Theoretical Foundations and Operational Formulation of Aeroelasticity Concept of the aeroelastic operator (structural, aerodynamic, inertial). General aeroelastic equation in operational form. Classification of static and dynamic aeroelastic phenomena. Extensions of Collar’s triangle. Specializations of the general equation and their interpretation. Part 3 – 6 hours Structural Operator and Modeling of Structural Behavior Analytical, numerical, and experimental methods for static analysis. Coordinate systems and generalized coordinates. Generalized forces. Influence coefficients and functions. Simplified structural characterization of the aircraft and lifting surfaces. Part 4 – 4 hours Vibration Mechanics Applied to Aeroelasticity Hamilton’s principle and Lagrangian formulation. Free and forced vibrations of systems with one or multiple degrees of freedom. Distributed-parameter systems. Orthogonality properties and modal analysis. Fundamental principles for dynamic aeroelastic analysis. Part 5 – 7 hours Static Aeroelastic Phenomena Analysis of divergence and control surface reversal on straight and swept wings. 2D and 3D models. Influence of symmetric and antisymmetric load distributions on static behavior. Part 6 – 7 hours Dynamic Aeroelastic Phenomena Binary flutter (bending–torsion) in 2D incompressible flow. Panel flutter. Considerations on unsteady aerodynamics and reduced frequency. Energy-based interpretation of flutter. Part 7 – 3 hours Design and Simulation of Simplified Models Structural, shape, inertial, and aerodynamic simulation. Simplified modeling for aeroelastic phenomena analysis. Part 8 – 3 hours Testing Strategies and Experimental Validation Measurement of structural flexibility and natural frequencies. Dynamic testing on scaled models and in wind tunnels. Modal identification techniques. In-flight testing, rocket and sled tests. Part 9 – 10 hours Exercises Supervised individual assignments on case studies, based on theoretical and applied analysis of methods presented in the course. In-depth work on static and dynamic phenomena, verification of instability criteria, simplified analysis of divergence and flutter. Seminars NO