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Tesi etd-05242010-112257


Tipo di tesi
Tesi di laurea specialistica
Autore
CAPACCIOLI, GIULIO
URN
etd-05242010-112257
Titolo
Calcolo dei coefficienti di momento di cerniera instazionari di un sistema Alettone/spring-tab mediante CFD RANS per la correzione dei calcoli di flutter.
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Commissione
relatore Prof. Giovanni Lombardi
relatore Ing. Natale Calvi
Parole chiave
  • Star-ccm+
  • flutter
  • CFD
  • coefficiente di momento di cerniera
  • spring-tab
  • alettone
  • dlm
Data inizio appello
2010-06-15
Disponibilità
parziale
Data di rilascio
2050-06-15
Riassunto analitico
Il sistema alettone/spring-tab è stato introdotto su alcuni velivolo commerciali e militari (quali ATR,
C-27J, ecc.) aventi la linea di comando laterale non potenziata (a cavi), per migliorarne le caratteristiche
di manovrabilità e ridurre lo sforzo del pilota.
Mentre dal punto di vista della manovrabilità e dell’handling quality questo sistema apporta sicuri
benefici, dal punto di vista aeroelastico introduce una potenziale criticità di flutter dovuto all’accoppiamento
dei modi propri di alettone e spring tab. È un tipo di flutter improvviso ed esplosivo, di
difficile previsione in volo poichè è in grado di innescarsi senza nessun tipo di preavviso aumentando
anche di pochi nodi la velocità.
Acquisisce fondamentale importanza la possibilità di replicare il sistema con i modelli matematici ed
è quindi necessario determinare quali siano le caratteristiche inerziali e di rigidezza strutturale, della
molla e della linea di comando, e le caratteristiche aerodinamiche quali i coefficienti di momento di
cerniera HM (Hinge Moment).
Il metodo comunemente utilizzato per le analisi di flutter è il Doublet Lattice Method (DLM) che è
noto sovrastimare gli HM delle superfici di controllo e suggerisce di applicare la correzione utilizzando
i valori stazionari misurati in galleria del vento. Tale correzione, essendo di natura stazionaria, è
considerata valida quando i modi propri delle superfici sono a bassa frequenza (2-3 Hz), mentre se i
modi sono a frequenza più elevata (come i modi di tab che in genere sono sopra ai 15 Hz) la correzione
proposta può non essere applicabile.
Lo studio effettuato presso Alenia Aeronautica e presentato in questa tesi, ha avuto lo scopo di calcolare
i coefficienti di momento di cerniera HM (Hinge Moment) non stazionari mediante analisi CFD per
varie frequenza di oscillazione di alettone. Lo scopo è quello di usare questi coefficienti per correggere
quelli calcolati dal DLM, teoria utilizzata per le analisi di flutter, che però sovrastima il calcolo dei
coefficienti di momento di cerniera. È stato usato come solutore il software commerciale Star-CCM+,
per varie frequenze di oscillazione dell’alettone (10 Hz, 20 Hz, 30 Hz, 40 Hz, 50 Hz). Tramite tale
software è stato calcolato il valore di HM, sia schematizzando il problema in 2D, sia in 3D. Inoltre
Star-CCM+ è stato impostato per il caso 2D di modo tale da fornire i valori di HM calcolati alle varie
frequenze sia tramite le equazioni di Eulero e sia tramite le RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes)
utilizzando il k-epsilon come modello di turbolenza; mentre per il problema 3D i valori di HM sono stati
calcolati solamente tramite le RANS utilizzando sempre come modello di turbolenza il k-epsilon. Questo
ha permesso di confrontare l’accuratezza e le tempistiche necessarie all’ottenimento dei risultati, utilizzando
le equazioni di Eulero in 2D e le RANS in 2D e 3D.
Come previsto, le RANS 3D hanno fornito risultati più accurati rispetto all’utilizzo delle equazioni di
Eulero e delle RANS 2D, a discapito però del tempo necessario per ottenere la soluzione.
I valori di HM stazionari calcolati con questo metodo replicano molto bene i valori misurati in WT.
Rimane da valutare la bontà dei calcoli instazionari che potrebbero essere validati mediante opportuni
test di galleria, utilizzando un modello con alettone oscillante e trasduttori di pressione.
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