5.6 Analisi di flutter della struttura con controventature alari
5.6.1 Analisi di trim della soluzione con controventature
Come osservato nella sezione precedente, le controventature nel cassone alare hanno un effetto decisamente benefico per quanto riguarda il comportamento a flutter della struttura. Partendo da una configurazione che soffriva flutter a velocit`a dell’ordine dei 13 [m/s] alla quota di crociera, si `e giunti ad una configurazione che non `e soggetta a flutter alle medesime condizioni. Una analisi al livello del suolo ha poi confermato la bont`a della soluzione a quota zero, limitatamente al range di velocit`a studiato.
Si ricorda inoltre che per utilizzare le controventature senza incrementare eccessivamente il peso della struttura, `e stato ridotto il numero di centine presenti lungo la struttura del cassone; in tale maniera il peso della struttura `e rimasto pressoch`e invariato.
La soluzione controventata, `e stata analizzata anche dal punto di vista del suo compor- tamento Aeroelastico statico (SOL 144). Nelle figure 5.69 e 5.70 sono presenti immagini delle deformate ottenute in seguito all’analisi di tipo flexible trim; come si pu`o notare, le differenze rispetto alla configurazione senza controventature sono minime, con una deformata leggermente meno accentuate per la soluzione attuale.
In conclusione si pu`o affermare che l’utilizzo delle controventature nelle strutture dei cassoni alari, oltre a migliorare significativamente il comportamento a flutter, mantiene il buon comportamento della struttura per quanto riguarda l’analisi aeroelastica statica.
Non sono stati riportati i valori delle derivate aerodinamiche e i grafici delle distribuzioni di portanza in quanto valgono le medesime considerazioni gia effettuate per la configurazione senza controventature.
Figura 5.69: Vista della deformazione a fattore di carico unitario della configurazione con controven- tature nella struttura dei cassoni alari ottenuta considerando gli effetti aeroelastici, unit`a in metri
Figura 5.70: Vista della deformazione a fattore di carico unitario della configurazione con controven- tature nella struttura dei cassoni alari ottenuta considerando gli effetti aeroelastici, unit`a in metri
Capitolo
6
Conclusioni e sviluppi futuri
I
n conclusionecreazione rapida di un modello agli elementi finiti relativo ad una configurazione del, con il presente lavoro di tesi, `e stata costituita una procedura per la SPB (Solar Powered Biplane). Tale procedura utilizza il software di calcolo Matlab ed `e integrata perci`o con la parametrizzazione del velivolo, permettendo di facilitare l’ottenimento di un ambiente MSC.Patran adatto all’analisi strutturale ed aerodinamico- strutturale. Concentrandosi sulla configurazione invernale per missioni TLC alla quota di 18000 [m], sono state effettuate analisi statiche strutturali, aeroelastiche statiche ed aeroelastiche dinamiche.• La realizzazione del modello all’interno di MSC.Patran ha permesso di ottenenre un valore pi`u preciso del suo peso (tab. 2.5) rispetto a quello calcolato con metodi predittivi basati su di una configurazione considerata in precedenza. Purtroppo il peso del modello strutturale `e sensibilmente maggiore rispetto a quanto previsto con precedenti estrapolazioni.
• L’analisi statica strutturale evidenzia come l’altezza delle ali verticali richieda un sistema di irrigidimenti per diminuire lo sbandamento nel proprio piano, effetto particolarmente forte nel caso di velivolo a riposo sulla pista. In questo caso infatti l’ala posteriore non sviluppa portanza ed il suo peso grava totalmente sulle ali verticali. Per risolvere questo problema `e stata aumentata la luce tra le centine delle ali verticali, ed inserite delle strutture diagonali come controventature, in modo da assimilare ogni ala verticale ad una travatura reticolare.
• Nell’analisi aeroelastica statica, ovvero la simulazione di volo livellato, `e possibile notare come rivesta un’estrema importanza la distribuzione degli accumulatori
lungo l’apertura delle due ali, in particolare quella relativa all’ala anteriore. La soluzione iniziale, in cui le batterie sono disposte uniformemente sull’ala posteriore e raggruppate vicino ai piedi delle ali verticali nell’ala anteriore, presenta una deformata al tip eccessiva e questo `e stato attribuito fondamentalmente a due fattori:
– la struttura del SPB (Solar Powered Biplane) `e molto leggera e relativamente poco rigida, di conseguenza una estensione delle batterie fino all’estremit`a delle ali anteriore e posteriore, zona in cui le forze portanti calano bruscamente, tende a far prevalere localmente le forze peso. In tale zona le forze peso (dovute anche alla presenza di un ala verticale all’estremit`a) hanno un forte braccio e sono causa di elevati momenti flettenti;
– in corrispondenza dell’estremit`a delle ali, zona nella quale le forze portanti calano bruscamente, il peso tende a far diminuire l’incidenza locale, riducendo ulteriormente le forze di portanza. Questa ipotesi `e suffragata dal fatto che si pu`o osservare come la maggior deflessione sia ottenuta nel caso di analisi flexible trim anzich`e rigid trim.
Diverse prove effettuate limitando la presenza di accumulatori nelle zone di estremit`a delle due ali permettono di ottenere situazioni di equilibrio con deformazioni molto inferiori.
• Nell’analisi aeroelastica per lo studio di forme di instabilit`a dinamica, o di flutter, si evidenzia un modo di oscillazione che entra velocemente in risonanza. Questo modo coinvolge una flessione delle ali con una forte componente nel proprio piano. Per migliorare il comportamento in questo senso la distanza delle centine `e stata aumentata e tra le loro estremit`a viene introdotto un sistema di controventature, analogamente a quanto fatto per le ali verticali. Tale solzione ha incrementato di molto la rigidezza flessionale nel proprio piano delle strutture dei cassoni delle ali orizzontali. In questo modo i problemi di flutter, alla quota di crociera, sono stati scongiurati e si `e ottenuto un comportamento generale della struttura migliore. L’analisi di flutter `e stata ripetuta, per la struttura avente controventature alari, alla quota zero; l’analisi ha evidenziato problemi di instabilit`a a velocit`a dell’ordine dei 30 [m/s].
Sviluppi futuri riguardanti l’ambiente di progettazione descritto richiedono l’approfon- dimento nello studio di alcuni dettagli strutturali, come ad esempio le connessioni tra i longheroni delle ali e quelli delle ali verticali e l’inserimento di gruppi di controventature, necessarie come visto all’interno del lavoro per raggiungere rigidezze strutturali adeguate. Inoltre visto l’aumento nel peso della struttura `e necessario riaggiornare la configurazione
tramite il ciclo di ottimizzazione descritto in [3] in modo da ottenere nuovi valori di poten- za richiesta, propriet`a aeromeccaniche preliminari e massa degli accumulatori necessari. Per lo stesso motivo e per il cambio di configurazione studiato `e necessaria anche una rivalutazione dell’apparato dei carrelli.
Per quanto concerne l’ambito delle prestazioni, pu`o essere necessario un affinamento del modello aerodinamico, in particolare per quanto riguarda una corretta valutazione della derivata CM α, tenendo in conto effetti legati alla resistenza. Un modello aerodinamico cos`ı affinato permetterebbe di effettuare una accurata analisi di trim, valutando la variazione del margine di stabilit`a in presenza di effetti aeroelastici. Sempre in presenza di effetti aeroelastici, `e necessario estendere l’analisi della risposta dinamica a perturbazioni esterne ed in particolare a raffiche.
La soluzione di questi problemi pu`o essere effettuata ancora mediante l’utilizzo di pacchetti del software MSC.Nastran, gestiti in maniera molto specifica a partire da un modello strutturale; in questo caso quello parametrico creato con il presente lavoro di tesi pu`o costituire un punto di appoggio per tali future indagini.