Sviluppo di un modello dinamico per un velivolo flessibile = Development of a dynamic model for a flexible aircraft

I velivoli di nuova generazione e i progetti aeronautici futuri mirano alla realizzazione di piattaforme sempre più leggere con prestazioni crescenti quali la riduzione del consumo di combustile e una maggiore endurance di volo. Tali driver si proiettano, come requisiti di progetto, in una maggior efficienza aerodinamica ed in una riduzione del peso strutturale. Questo si concretizza in configurazioni caratterizzate da superfici portanti ad alto allungamento e strutture snelle. Piattaforme contraddistinte da tali caratteristiche strutturali presentano una maggiore flessibilità e pertanto il modello di velivolo rigido non è più sufficiente per descriverne adeguatamente il comportamento dinamico. Le pulsazioni dei modi di vibrare di strutture sufficientemente snelle ed allungate tendono ad avvicinarsi alle pulsazioni dei modi da corpo rigido della dinamica del velivolo. I modi elastici tendono a sovrapporsi ai modi rigidi con conseguente peggioramento delle qualità di volo del velivolo a causa della sovrapposizione dell’effetto dinamico elastico normalmente ininfluente. Inoltre l’efficacia di un sistema di controllo tradizionale, progettato sul velivolo infinitamente rigido, si riduce per la presenza dei modi elastici che introducono degli effetti indesiderati non considerati in fase di progetto del controllore. Tutto ciò porta alla necessità di sviluppare un modello affidabile che integri gli effetti della flessibilità della struttura nella dinamica del velivolo. Nella tesi si discute dello sviluppo teorico di un modello analitico, basato sulla formulazione lagrangiana e sull’uso degli assi medi, per un generico velivolo flessibile. Per la formulazione matematica del modello elastico sono necessari i risultati dell’analisi dinamica strutturale del velivolo di riferimento e il calcolo dei coefficienti aeroelastici. In particolare la determinazione di questi ultimi rende possibile esprimere l’effetto dei gradi di libertà elastici sui gradi di libertà rigidi ed il viceversa. Il modello flessibile sviluppato viene successivamente utilizzato per analizzare la dinamica del volo del velivolo nel solo piano longitudinale. L’obiettivo della tesi consiste, appunto, nel verificare se l’aggiunta dei modi elastici possa influenzare la dinamica da corpo rigido tanto da riscontrare un accoppiamento tra i modi rigidi e flessibili. In dettaglio, si è implementata una legge di controllo per il modello flessibile linearizzato nell’intorno di una configurazione di equilibrio considerando anche le oscillazioni strutturali. La strategia di controllo proposta si basa sulla teoria del Linear Quadratic Regulator (LQR) con comando di un assetto usato come riferimento. Infine è condotta un’analisi di sensitività con l’obiettivo futuro di valutare la possibilità di determinare dei guadagni ottimi per il controllo dell’assetto e per la riduzione della deflessione della struttura. Il seguente lavoro è stato realizzato nel corso delle attività di tirocinio curriculare svolte presso Leonardo Company Divisione Velivoli gran parte in modalità remota e con accessi sul sito di Pomigliano d’Arco.