Valutazione dei carichi da raffica su un velivolo flessibile

Con riferimento alla normativa EASA-CS25 la valutazione dei carichi limite legati alla raffica verticale simmetrica deve essere eseguita attraverso due differenti criteri di progetto: il Discrete Gust Design Criteria e il Continuous Turbulence Design Criteria. Nel Discrete Gust Design Criteria il velivolo è considerato in volo livellato e soggetto a raffica verticale del tipo 1-coseno; la condizione di maggior criticità viene identificata analizzando diversi valori del gust gradient distance compresi tra 9 m e 107 m. Nel Continuous Turbulence Design Criteria la raffica è rappresentata mediante il modello continuo di Von Karman e i carichi critici sono valutati mediante le Root Mean Square (RMS) degli incrementi di carico indotti dalla raffica. In entrambi i criteri di progetto la normativa impone di tenere conto della risposta dinamica del velivolo alla luce degli effetti legati all’aerodinamica non stazionaria e dei gradi di libertà del velivolo significativi, inclusi i moti rigidi.

Da questo punto di vista la SOL146 di NASTRAN è lo strumento ideale per risolvere in modo efficace il suddetto problema aeroelasto-dinamico con modeste risorse di calcolo. Nel caso specifico tale strumento è stato utilizzato con successo al fine di valutare le differenze tra i due criteri di progetto, in termini di sollecitazioni limite in corrispondenza della radice alare per un velivolo turboprop ad ala alta interamente flessibile.

Nella Figura 1 viene mostrato il semi-modello aeroelastico del velivolo di riferimento; la struttura del velivolo è rappresentata mediante un modello FEM a parametri concentrati con elementi monodimensionali, mentre l’aerodinamica della combinazione ala-fusoliera, attraverso il codice a pannelli non-stazionario di tipo Doublet Lattice Method integrato in NASTRAN. Al fine di rappresentare in modo efficace l’effetto dell’interazione fluido-struttura i modelli sono accoppiati tramite Infinite-Beam-Spline.

Semi-modello aeroelastico del velivolo di riferiemento

Una sintesi dei risultati è mostrata nella Figura 2 e in Tabella 1; la Figura 2 mostra l’andamento al variare della frequenza, dei rapporti non adimensionali tra le Power Spectral Density dei valori limite delle sollecitazioni in radice, con l’omologo valore a fattore di carico unitario. In Tabella 1 vengono confrontati i risultati ottenuti con i due criteri in termini di valori limite delle sollecitazioni in radice; dall’analisi si riscontra una modesta differenza sul momento torcente a fronte di una differenza più significativa (circa 8.3%) sul taglio e sul momento flettente.

Power Spectral Density delle sollecitazioni in radice

In conclusione si evince che, per il caso in esame, il Continuous Turbulence Design Criteria risulta più conservativo del Discrete Gust Design Criteria.