Aree del cassone alare

Il primo paragrafo è dedicato allo studio dell’area globale del cassone. L’area rappresenta la somma delle superfici di tutti gli elementi: area dei correnti e spessori dello skin e delle flange dei longheroni; gli ultimi due moltiplicati per le loro rispettive lunghezze.

Il modello (elementi beam) è composto da 54 travi e i nodi rappresentano le sezioni in comune di elementi consecutivi.

Ala anteriore

La figura 4.14 mostra gli andamenti delle aree globali del cassone nell’ala anteriore du- rante il processo di ottimizzazione.

La linea rossa mostra l’andamento nei nodi delle aree del cassone ottimizzato per il solo vincolo di stress massimo. Il valore delle aree cresce all’interno della fusoliera dal nodo 1

Figura 4.14: Aree del cassone dell’ala anteriore nei quattro step dell’ottimizzatore

(center line) fino al nodo 3. Il nodo 4 rappresenta l’attacco tra l’ala e la fusoliera e quindi il salto è dovuto al passaggio di sollecitazioni tra le due strutture.

Nella in-wing (nodi 4-9) si assiste ad una riduzione del valore dell’area procedendo ver- so il tip. Tuttavia, la presenza del kink (nodo 9), inteso come discontinuità geometrica sulla direzione del cassone, si manifesta come aumento del valore dell’area rispetto al nodo 8. Il cambiamento di direzione degli elementi beam genera infatti componenti delle sollecitazioni che devono essere assorbite da una centina di forza. L’ottimizzatore non consente di prevedere nè la presenza nè tantomeno il dimensionamento di un tale ele- mento strutturale, ed è quindi costretto ad aumentare l’area del cassone per incrementare localmente la rigidezza.

Dal nodo 9 al 182si ha un decremento del valore dell’area che passa da 0.135 m2 a circa 0.03 m2. Questa riduzione di oltre il 77% è causata da una diminuzione delle sollecitazioni agenti sull’ala andando verso il tip.

Negli ultimi nodi (18-23) l’andamento dell’area mostra una leggere crescita fino a 0.05 m2. Tuttavia, gli ultimi tre nodi (21 ÷ 23) costituiscono il raccordo tra l’ala anteriore e la paratia.

La linea rossa e quella blu hanno un andamento molto simile e ciò è dovuto al fatto che entrambe rappresentano i risultati relativi a casi di struttura rigida. Questa analogia tra gli andamenti è già stata osservata per le caratteristiche di dettaglio del cassone ed in seguito lo sarà anche per le caratteristiche della sollecitazione.

Dal confronto tra le due linee dei casi rigidi emerge che nella maggior parte dei nodi lungo l’ala anteriore il valore dell’area del cassone aumenta dopo l’introduzione del vincolo di instabilità dei correnti. Specialmente nella zona prossima al kink dell’ala (nodo 9) la

2_{Sezione in cui si annulla il momento M}

differenza tra le due linee è evidente ed è mediamente pari a 0.02 m2.

La linea rosa che rappresenta l’andamento dei valori delle aree nel cassone dell’ala anteriore dopo l’introduzione del vincolo di aeroelasticità statica ha un andamento che ricoda quello dei casi rigidi ma con alcune differenze. In generale i valori delle aree dopo l’introduzione del vincolo D sono inferiori ai casi visti in precedenza. Come visto anche nella tabella 4.2 il quarto step dell’ottimizzazione comporta una riduzione di peso per l’ala che è direttamente osservabile anche dal grafico delle aree (fig 4.14).

Come osservato in precedenza, nel nodo 18 tutte le variabili che descrivono il cassone alare subiscono minime variazioni in funzione dello step dell’ottimizzatore e quindi anche l’area globale del box risulterà pressochè insensibile ai vincoli imposti.

Il maggior guadagno ponderale è riscontrabile nella in-wing ed è dato dalla differenza di valori tra le linee blu e rosa che va riducendosi fino ad annullarsi proprio nel nodo 18. Il vincolo di flutter (linea nera) determina un incremento di area limitato rispetto allo step D che è visibile però nella maggior parte dei nodi del cassone. Come era prevedibile dalle caratteristiche osservate in precedenza, in corrispondenza della sezione 16 si ha l’incremento maggiore di area.

Paratia

La figura 4.15 mostra la variazione, durante gli step dell’ottmizzazione, delle aree nei nodi del cassone alare.

L’andamento delle aree e degli spessori dei singoli elementi (figure 4.3, 4.7 e 4.11) è

Figura 4.15: Aree del cassone della paratia nei quattro step dell’ottimizzatore confermato anche dal trend dell’area totale del cassone alare.

Ala posteriore

In figura 4.16 sono rappresentati gli andamenti delle aree totali nei nodi del cassone alare ottenute nelle fasi dell’ottimizzatore.

Come visto in precedenza, anche per l’ala posteriore le quattro linee che rappresentano le

Figura 4.16: Aree del cassone dell’ala posteriore nei quattro step dell’ottimizzatore aree dopo i tre step dell’ottimizzatore mostrano un andamento tra di loro anologo. Proce- dendo dal tip (nodo 30) alla center-line (nodo 49) il valore dell’area non subisce grosse variazioni nella zona prossima al tip; verso la fusoliera la superficie globale cresce rag- giungendo il massimo in corrispondenza del nodo 46 dove è posto l’attacco col fin. Analogamente all’ala anteriore, su quella posteriore si osserva lo stesso comportamento per la sezione 36 dove l’area della sezione rimane praticamente invariata durante l’ot- timizzazione.

Per quanto riguarda i due casi di ala rigida (linee rosa e blu) i loro andamenti sono analoghi a quelli ricontrati nelle singole variabili impiegate dall’ottimizzatore per descri- vere il cassone.

L’ultimo caso introdotto (vincolo di flutter) determina invece uno spostamento delle masse verso il tip riducendole al contempo dalla regione di attacco col fin. Infatti dalla tebel- la 4.1 si vedeva chiaramente come l’introduzione del vincolo di flutter non comportasse per queste strutture un aggravio ponderale. A differenza però del vincolo di rollio, in cui non si ha alcun cambiamento, in questo step si ha una ridistribuzione delle masse in conseguenza dell’aggravio ponderale di cui necessita l’ala anteriore.

Fin

La figura 4.17 mostra l’andamento del valore delle aree nei nodi del cassone alare del fin nei tre step dell’ottimizzazione.

Tutte le linee hanno un andamento decrescente procedendo dal nodo 46 (attacco all’ala

Figura 4.17: Aree del cassone del fin nei quattro step dell’ottimizzatore

posteriore) al 54 (attacco alla fusoliera). I valori finali delle curve si aggirano intorno a 0.05 m2; quindi i diversi step non danno un contributo rilevante al cambiamento dell’area del cassone in prossimità dell’attacco con la fusoliera.

Nei primi nodi invece i valori delle aree ottenute nei quattro step dell’ottimizzazione sono piuttosto differenti tra loro. I loro valori derivano dai casi analoghi sull’ala posteriore che hanno disposizione simile.