Sviluppo di un tool per l'analisi preliminare delle caratteristiche aerodinamiche ed aeroelastiche di un velivolo di aviazione generale

Una fase principale per un’azienda aeronautica, è la certificazione del prototipo, essa avviene attraverso una serie di prove di volo, necessarie per conoscere il comportamento del velivolo.

Per ottimizzare questo processo e portare rapidamente i propri prodotti sul mercato, si può introdurre l’uso di simulazioni numeriche, questo permette di analizzare il comportamento dell’aeroplano, ottimizzarne le configurazioni e di conseguenza ridurre la quantità delle prove di volo.

Il lavoro di tesi è stato sviluppato presso la “Costruzioni Aeronautiche TECNAM S.r.l.”, azienda impegnata da oltre 60 anni nel mondo della Aviazione Generale.

Con la possibilità di impiegare software in grado di effettuare analisi a basso costo, è stato realizzato un tool semplice da utilizzare, capace di valutare preliminarmente le caratteristiche aerodinamiche ed aeroelastiche su velivoli di aviazione generale.

Sono state implementate all’interno di un codice numerico alcune delle procedure che vengono eseguite per verificare la stabilità del velivolo e valutare i fenomeni aeroelastici.

Attraverso il tool, implementato in ambiente MATLAB, viene data la possibilità di scegliere le dimensioni geometriche del velivolo, ed il tipo di prova che si vuole simulare al variare delle condizioni di volo. In maniera del tutto automatica vengono acquisite alcune caratteristiche aerodinamiche ottenute tramite il software USAF Datcom, e riutilizzate in degli algoritmi elaborati per simulare le prove di volo.

In particolare, è stata verificata la stabilità statica e dinamica longitudinale del velivolo, determinando la posizione del punto neutro ed analizzando la risposta di corto periodo e fugoide.

Riguardo le analisi aeroelastiche, è possibile gestire tramite MATLAB le dimensioni ed il materiale della struttura alare, simulando carichi dinamici con differenti contenuti in frequenza. Tramite l’utilizzo del solver MSC NASTRAN è stata effettuata una analisi modale, le cui deformate sono state visualizzate tramite il PATRAN, ed è stata analizzata la risposta dinamica della struttura alare.

In maniera automatica i dati di output come accelerazioni e spostamenti, sono stati rielaborati per determinare lo smorzamento della struttura alare attraverso l’implementazione di vari metodi quali Half Power Bandwidth ed il metodo di Hilbert.

La semplicità di utilizzo del codice e la verosimiglianza dei risultati ottenuti tramite le analisi strutturali del software MSC, sono gli aspetti fondamentali del presente lavoro di tesi, ed offrono la possibilità di stimare alcune caratteristiche del velivolo considerato e di predirne il comportamento in volo.

Il velivolo scelto come riferimento era un prototipo TECNAM in piena fase di certificazione, ciò ha permesso il confronto dei dati numerici con i test sperimentali. In questo modo, è stato possibile verificare il grado di accuratezza del tool e tenerne conto sull’analisi di futuri velivoli della stessa categoria.

Autore: Raffaele Conte