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Tesi etd-05242010-112257

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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.
Settore scientifico disciplinare
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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