Analisi cinematica a rigidezza dei comandi di un velivolo da addestramento: confronto tra soluzione FEM e Multibody

L’obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di ottenere un prototipo virtuale della catena di comando di volo per un velivolo di addestramento militare, mediante l’ausilio dei software MSC Nastran/Patran ed MSC Adams, al fine di valutare i carichi agenti sui vari componenti  (aste e perni) costituenti la catena, l’interazione della struttura con le principali superfici mobili (quali alettoni e piano di coda orizzontale) e le varie rigidezze interessate.

Il lavoro è stato svolto presso l’azienda DEMA S.P.a di Pomigliano D’Arco, la quale ha fornito i modelli CAD delle linee di comando di volo per alettoni, equilibratore e timone di coda. Attraverso uno studio dettagliato di quest’ultimo si è deciso, dunque, di focalizzare l’analisi esclusivamente sulle linee di comando alettoni ed equilibratore essendo entrambe caratterizzate da una geometria critica nel punto di congiungimento delle due linee nelle barre di comando dei due piloti, caratterizzate da uno snodo meccanico che disaccoppia l’input di moto longitudinale da quello del moto laterale. Inoltre volendo ottenere una reale riproduzione delle massime escursioni delle barre di comando da parte del pilota, si è deciso di attuare degli opportuni sensori che simulassero l’arresto dei fine corsa meccanici evidenziati nel modello CAD.

Poiché nella gran parte dei dimensionamenti strutturali, l’analisi statica lineare rappresenta tipicamente il primo gradino nella scala di complicazione di una attività di simulazione agli elementi finiti e multibody, ci si è prefissi come primo scopo quello di confrontare i risultati forniti dai due software MSC Nastran e MSC Adams in merito ad un’analisi statica, focalizzando l’attenzione principalmente alle forze di reazione valutate nei vari vincoli adottati nei relativi modelli. In seguito è stata poi effettuata un’analisi dinamica al fine di valutare l’escursione massima raggiungibile dai supporti di ancoraggio tra la catena e le superfici mobili sia nel caso di estremità libere che vincolate da azioni di contrasto.

In particolare si è effettuata una verifica su quello che è il valore dell’escursione angolare e spostamento della barra del primo pilota dopo aver provveduto ad introdurre un opportuno valore di rigidezza posta come reazione (con modulo estremamente conservativo), agente sulle superfici mobili che simulasse una combinazione di azioni inerziali ed aerodinamiche massime sopportabili dal pilota.

Infine è stato raggiunto l’obiettivo prefissatoci con il presente studio, ovvero analizzare la cedevolezza della catena di comando valutando la variazione del rapporto di asservimento in seguito al collegamento con l‟intera struttura di fusoliera. Quest’ultima analisi è stata ottenuta mediante l’importazione del modello .MNF (modal neutral file) del GFEM del velivolo in esame dall’ambiente MSC Patran a quello MSC Adams, ottenendo risultati soddisfacenti grazie all’integrazione di corpi flessibili nel modello multibody.

Uno dei principali vantaggi riscontrati nel presente lavoro di tesi è di certo la facilità di modifica fornita dalla combinazione di analisi FEM e MBS fornendo la possibilità di modificare continuamente quanto pensato in precedenza al fine di individuare la miglior soluzione possibile, garantendo come ulteriore vantaggio quello della riduzione dei tempi e dei costi relativi al progetto. 

I risultati evidenziati dalle varie simulazioni statiche e dinamiche hanno dunque condotto a dati conformi e riscontrabili con i dati reali già in possesso dall’azienda fornendo inoltre una linea guida per eventuali sviluppi futuri.