Capitolo 3 Generazione della geometria dell'ala con ASD

Capitolo 3

Generazione della geometria dell'ala con ASD

Il programma ASD (Aerodynamic Shape Designer) viene lanciato attraverso il file “Lanch_Xfoil.m”, il quale apre l'interfaccia grafica riportata in fig. 3.1.

fig. 3.1 3.2 Interfaccia di ASD

Questa interfaccia rende il programma molto intuitivo e di facile utilizzazione, vista la complessità delle operazioni che è possibile effettuare.

I seguenti paragrafi si limiteranno ad illustrare la procedura per generare l'ala a box del Prandt-Plane®, che verrà poi adottata nel programma.

3.3 Generazione dell'ala anteriore e posteriore

Per prima cosa viene creata l'ala anteriore spuntando il tasto Edit e selezionando i seguenti comandi del menu a tendina [4]:

Compare quindi la finestra Add/Modify Wing nella quale è possibile inserire i parametri geometrici dell'ala e il tipo di profilo, come illustrato in figura 3.2 dove si riporta come esempio il caso di un ala senza kink in cui si considerano come sezioni di riferimento quella al root e al tip.

Fig 3.2 Il significato dei campi è il seguente:

• Wing Tag è il titolo da dare all'ala;

• Wing Airfoils è il tipo di profilo; selezionando il tasto Add... e successivamente la cartella Uiuc Airfoil Database compare la finestra Airfoil Viewer (fig. 3.3) nella quale è possibile

selezionare il profilo desiderato e calcolarne il massimo spessore percentuale e la massima curvatura.

Questa procedura può essere effettuata per n sezioni (dal root al tip) potendo teoricamente scegliere profili diversi per ognuna di esse. Tuttavia è consuetudine considerare solamente 2 o 3 profili nelle sezioni di riferimento (es. le sezioni al root, kink, tip).

selezionare:

• n sezioni in Wing sections distance from root; • n corde in chords;

• n-1 angoli di freccia in Sweep Angle; • n-1 angoli di diedro in Dihedron;

Per esempio in figura 3.2 si considerano 2 sezioni, quella al root e al tip; per questo è necessario dare 2 valori per la corda (uno per ogni sezione), 2 valori che identificano la distanza delle sezioni dal root, 1 angolo di freccia e di diedro, e 2 valori per gli angoli alfa, beta e gamma.

• Root Location Projection sono le coordinate della radice dell'ala che possono anche essere

definite attraverso la proiezione delle coordinate del root sul piano di simmetria y=0. Per esempio in figura 3.2 si nota che la coordinata x è pari a 14 perché si valuta la posizione della radice dell'ala rispetto ad un sistema che ha l'origine in corrispondenza del muso della fusoliera. Tale sistema di riferimento verrà descritto nel capitolo 4.

• Wing sections distance from root è la distanza dalla radice dell'ala delle sezioni di

riferimento scelte per definire i profili (i valori dal root al tip vanno inseriti da sinistra verso destra);

• Chords è la lunghezza della corda nelle sezioni scelte, oppure in alternativa è possibile

utilizzare Root chord e Taper Ratios in cui si definisce la lunghezza della corda alla radice e il rapporto di rastremazione;

• Sweep Angle è l'angolo di freccia dell'ala è può essere definito in uno dei 3 modi seguenti: - per la sezione al 25% della corda;

- per il bordo di attacco; - per il bordo di uscita.

L'angolo di freccia è positivo se la rotazione è oraria;

fig 3.3

Dopo aver definito i vari parametri è possibile effettuate un preview dell'ala e salvare la configurazione; quanto visto per l'ala anteriore può essere ripetuto per quella posteriore.

3.4 Generazione della paratia (bulk)

A differenza delle ali qui è necessario solo inserire il titolo, il profilo alla radice e al tip, e alcuni parametri geometrici per le sezioni di raccordo con le ali:

• Bulk Tag: titolo da assegnare alla paratia;

• Upper Wing: si intende la sezione della paratia che si collega all'ala che sta in alto

(tipicamente è l'ala posteriore);

• Lower Wing: si intende la sezione della paratia che si collega all'ala che sta in basso

(tipicamente è l'ala anteriore);

• Bulk's upper/lower airfoil: selezionando il tasto Add... si sceglie il profilo della paratia per

la sezione di collegamento con l'ala anteriore e posteriore; • Upper/lower wing control line: definiscono la curvatura della paratia in corrispondenza

della sezione di attacco con l'ala anteriore e posteriore. Sono lunghezze calcolate lungo l'asse orizzontale e verticale; • Upper/lower wing round bay intervals: definisce il numero di sezioni che devono essere

create lungo il raccordo tra l'ala e la paratia; il numero minimo deve essere due.

La finestra che compare per la generazione del bulk è riportata in fig 3.4.

Fig.3.4

Dopo aver definito i vari parametri è possibile effettuate un preview della paratia e salvare la configurazione.

3.5 Generazione della configurazione alare e salvataggio dei risultati

Il passo successivo è la creazione dell'ala a box effettuata selezionando il pulsante Generate Selected... della finestra di figura 3.1.

Si fa inoltre notare che i dati precedentemente inseriti per creare le ali si riferiscono alla parte sinistra dell'ala a box, ma è possibile visualizzare il disegno 3D anche dell'altra metà simmetrica spuntando la casella Sym.

Il programma crea un file di estensione asd che può essere aperto solo attraverso il programma ASD, in questo modo sarà possibile modificare i parametri delle ali e rigenerare l'ala a box.

La grande potenzialità del programma ASD è data dalla possibilità di salvare la geometria alare anche in un file di estensione mat che può quindi essere letto dal codice Matlab: è questo il file di ingresso al programma.

La procedura da seguire per creare il file di estensione mat in riferimento alla fig. 3.5 è la seguente:

File → Tools → Send Variables to Workspace

Così facendo nel Workspace di Matlab compaiono i parametri geometrici dell'ala, che dovranno poi essere salvati selezionando in Matlab:

File → Save Workspace as → “nome”

Quanto descritto precedentemente può essere schematicamente riassunto nel seguente diagramma:

Fig 3.5

3.6 Struttura dei dai in ingresso al programma

Le caratteristiche dell'ala creata con ASD sono contenute nel file di uscita che viene letto dal programma e rielaborato per definire il cassone alare.

I campi presenti nel file mat proveniente da ASD sono i seguenti: • body; • bulk; • fillet; • inlet_outlet; • tfillet; • wing; • wingbody; • wround.

Di questi quelli utili al programma sono bulk e wing, che contengono i principali parametri dell'ala anteriore, posteriore e del bulk. Il campo wing si suddivide in due gruppi:

• wing(1,1) : contiene i dati dell'ala anteriore; • wing(1,2) : contiene i dati dell'ala posteriore.

I parametri presenti in wing utilizzati dal programma sono: ◦ tag: titolo dell'ala

◦ airfoils_name: tipo di profilo nelle sezioni di riferimento;

◦ x0,y0,z0: coordinate della radice dell'ala nel sistema globale, che ha l'origine al muso

della fusoliera;

◦ lambda: angolo di freccia dell'ala in radianti nel piano X-Y globale;

◦ dihedron: angolo di diedro dell'ala nel piano Y-Z globale;

◦ alpha,beta,theta: angoli caratteristici dell'ala descritti nei paragrafi precedenti; ◦ chords: corda delle sezioni scelte come riferimento:

◦ ribs_spacing: distanza dalla radice dell'ala lungo l'asse Y globale delle sezioni scelte come riferimento.

I parametri presenti in bulk utilizzati dal programma sono: ◦ tag: titolo della paratia;

◦ ctrline_low_wing: curvatura della paratia in corrispondenza della sezione di attacco con l'ala anteriore;

◦ ctrline_up_wing: curvatura della paratia in corrispondenza della sezione di attacco con l'ala posteriore;

◦ round_bay_intervals_low_wing: curvatura della paratia in corrispondenza della sezione di attacco con l'ala anteriore;

◦ round_bay_intervals_up_wing: curvatura della paratia in corrispondenza della sezione di attacco con l'ala posteriore;

◦ up_airfoil_name: profilo in corrispondenza della sezione di attacco con l'ala posteriore;

◦ low_airfoil_name: profilo in corrispondenza della sezione di attacco con l'ala anteriore; Nella figura 3.7 si riporta la schermata del file .mat contenente i dati in uscita da ASD. In particolare si fa riferimento ai dati relativi all'ala anteriore, contenuti nella struttura wing(1,1):

Si riporta inoltre la procedura utilizzata dal programma per acquisire i dati forniti da ASD. A titolo di esempio si considera il valore dell'angolo di freccia dell'ala anteriore:

lambda_LE.ala_ant = wing(1,1).lambda(1,end);

Attraverso questa sintassi si richiama il campo lambda appartenente alla struttura wing(1,1) che identifica l'ala anteriore. Lo stesso procedimento è utilizzato per acquisire gli altri parametri.

Per velocizzare la scrittura del programma anziché ripetere i calcoli per l'ala anteriore, posteriore e per la paratia si utilizza la struttura “nome”, a cui sono assegnati i nomi delle “tre ali” in modo che le stesse operazioni vengano ripetute per l'intera configurazione alare in modo automatico consentendo altresì la organizzazione di strutture di dati.

nome

Per assegnare a “nome” le tre ali si utilizza la seguente sintassi:

caso = [{'ala_ant'} {'bulk'} {'ala_post'}];

Per far in modo che l'operazione venga ripetuta per l'ala anteriore, il bulk e l'ala posteriore:

alfa=length(caso);

for k = 1:alfa

nome = cell2mat(caso(k)); end

La sintassi da utilizzare quando si crea una struttura consiste nel mettere “nome” tra parentesi tonde, preceduto da un punto:

variabile.(nome)

Fig.3.7 ala_ant

ala_post bulk