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Tesi etd-11022010-190333


Thesis type
Tesi di laurea vecchio ordinamento
Author
BOCCHIA, FRANCESCO
URN
etd-11022010-190333
Title
Metodi e strumenti per la valutazione delle sollecitazioni, sia statiche che dinamiche, agenti su strutture alari
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Commissione
relatore Prof. Salvetti, Attilio
relatore Ing. Fanteria, Daniele
Parole chiave
  • wing structure
  • aeroelastic analysis
  • wing loads
  • static and dynamic loads
  • FlightLoads
  • Patran
  • Nastran
Data inizio appello
30/11/2010;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
30/11/2050
Riassunto analitico
La presente attività di tesi ha l’obiettivo di sviluppare metodi e strumenti che consentano di valutare le sollecitazioni, sia statiche che dinamiche, agenti sulle strutture alari di velivoli per impieghi civili. Innanzitutto, allo scopo di identificare le condizioni di carico più critiche ai fini del dimensionamento della struttura alare, viene presentato il panorama carichi tenendo conto dell’aerodinamica non stazionaria e degli effetti aeroelastici, sia statici che dinamici, prestando particolare attenzione all’evoluzione della normativa EASA-CS25 per quanto riguarda la valutazione dei carichi da raffica verticale (sia discreta che continua). Successivamente si procede alla presentazione di strumenti realizzati al fine valutare le sollecitazioni agenti sulla struttura alare, tenendo conto degli effetti aeroelastici. Tali strumenti si basano principalmente sul pacchetto aeroelastico del software MSC.NASTRAN coadiuvato da opportuni codici di servizio sviluppati in ambiente MATLAB allo scopo di automatizzare i processi d’analisi e migliorare le fasi di pre e post-processing. Nelle primissime fasi del dimensionamento del cassone alare è importante, analizzare in breve tempo molte configurazioni dell’ala tenendo conto degli effetti aeroelastostatici, in questo modo è possibile filtrare le configurazioni più promettenti e mettere in luce gli effetti legati a vari parametri, come la geometria e i materiali. A tal scopo è stato sviluppato in MATLAB il codice “NASTRAN WIND TUNNEL SIMULATION”, che consente di gestire in modo automatico l’analisi, attraverso la SOL144 di NASTRAN, di un modello d’ala isolata per un assegnato ventaglio d’angoli d’incidenza. Una volta identificate le configurazioni più promettenti, è opportuno valutare l’andamento delle sollecitazioni in apertura, trattando l’ala non più come un oggetto isolato ma come una parte del velivolo completo; questa tematica è stata affrontata per gradi, focalizzando l’attenzione principalmente sulla manovra di pull-up a elevato fattore di carico e sulla raffica verticale. In primo luogo è fondamentale evidenziare le condizioni di carico più critiche, analizzando diverse condizioni di volo in tempi brevi; a tal scopo è stato sviluppato in ambiente MATLAB e successivamente confrontato con la SOL144, il codice “WING LOADS”, il quale consente di ricavare informazioni, sia sul velivolo completo (derivate aerodinamiche) che sulle caratteristiche della sollecitazione in ala indotte dalla manovra di pull-up. Identificate le condizioni di carico di maggior interesse è opportuno valutare gli effetti aeroelastostatici legati alla flessibilità della struttura; a tal scopo può essere particolarmente efficace la SOL144 di NASTRAN assistita dai codici “NORMALWASH” e “AERODINAMIC WING LOADS”, al fine di migliorare le fasi di pre e post-processing (definizione automatica della curvatura dei profili e dello svergolamento dell’ala, calcolo delle distribuzioni, sia in apertura che in corda, delle grandezze di maggior interesse). Inoltre, al fine di stimare le capacità di valutazione delle derivate aerodinamiche del velivolo completo tramite la SOL144, è stato eseguito un confronto fra i dati sperimentali e i valori numerici, ricavati mediante opportuni modelli sviluppati in NASTRAN, dei velivoli Convair CV880 e Lockheed JETSTAR. Infine, per quanto riguarda la valutazione dei carichi indotti dalla raffica verticale, si è deciso di far riferimento alle direttive imposte dalla normativa EASA-CS25 (Emendamento 8 18/12/2009); questo significa che l’analisi è stata condotta rappresentando la turbolenza atmosferica, sia attraverso un modello discreto che continuo, tenendo conto anche del comportamento dinamico della struttura del velivolo e dell’aerodinamica non stazionaria. Lo strumento utilizzato in tale contesto è la SOL146 di NASTRAN assistita, nell’analisi a raffica discreta, dal codice MATLAB “NASTRAN DISCRETE GUST ANALYSIS”; questo codice consente di gestire in modo automatico l’intero processo di analisi a raffica discreta secondo i requisiti imposti dalla normativa. In pratica impostando un ventaglio di valori di lunghezza del fronte di raffica, il codice provvede ad analizzare ciascun caso restituendo i transitori delle grandezze di maggior interesse e l’andamento dei valori massimi di questi ultimi al variare della lunghezza del fronte di raffica. In conclusione, gli esempi studiati permettono di affermare che, il pacchetto aeroelastico del software MSC.NASTRAN coadiuvato da codici di supporto esterni, consente di valutare in tempi brevi e con buona accuratezza, le sollecitazioni, sia statiche che dinamiche, agenti sulla struttura alare.
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