Metodologie di monitoraggio in tempo reale delle strutture aeronautiche. Shape sensing per un velivolo UAV. = Real-time monitoring methodologies for aeronautical structures. Shape sensing for a UAV aircraft.

Lo shape sensing è la ricostruzione del campo di spostamenti di una struttura partendo da misure discrete delle deformazioni sulla sua superficie, utile al fine di conoscere la deformata della struttura e monitorarne lo stato di salute. Questo studio mostra come è possibile ricostruire la deformata della semiala di un drone in tempo reale, utilizzando delle misure di deformazione estratte dai pannelli del dorso. L’UAV esaminato è un drone VTOL con un’apertura alare di 2,4 metri e un peso massimo al decollo di 12 kilogrammi. È in grado di decollare e atterrare verticalmente come un elicottero grazie a 4 eliche montate sotto l’ala, durante la fase di volo invece la propulsione è garantita da un’elica spingente installata sulla parte posteriore della fusoliera. La semiala è composta di diversi componenti, quali: longheroni e centine realizzati in balsa, pannelli che compongono il dorso e il ventre in composito fibra di vetro e due longheroni tubolari in composito fibra di carbonio che permettono la continuità dei longheroni in balsa attraverso la fusoliera, quest’ultimi sono collegati ai pannelli attraverso una schiuma polimerica. L’orientazione degli strati di entrambi i compositi è assunta essere [0/45/ − 45/90/0]∘𝑠. L’elaborato presenta una breve introduzione sui tre principali metodi per lo shape sensing: ifem, Ko’s displacement theory, Modal Method. Con le opportune spiegazioni riguardo la scelta del metodo modale come procedimento adottato. La scelta del metodo modale ha reso necessaria la discretizzazione mediante elementi finiti della struttura: la geometria è stata importata da un pre-esistente CAD comprendente solo le superfici esterne. Il modello è stato migliorato tramite misure manuali in laboratorio sulla semiala che hanno permesso di aggiungere longheroni e centine. Per le analisi preliminari le caratteristiche dei materiali sono state importate da letteratura basandosi sulle osservazioni fatte in laboratorio, essendo ignoti i valori esatti di rigidezza e densità reali. Successivamente si sono svolte delle prove sperimentali per determinare con maggiore accuratezza le caratteristiche meccaniche, ad ogni prova seguiva un’analisi di sensitività per definire quale proprietà meccanica più influenzasse la risposta del sistema a tale prova, quindi tramite i risultati sperimentali e i coefficienti di sensitività si sono corrette le caratteristiche dei materiali. Completato il modello FE un’analisi modale ed una statica sono state eseguite per ottenere le forme modali e le deformazioni necessarie al metodo modale. I carichi aerodinamici applicati alla struttura sono stati ottenuti tramite il software AVL. Le posizioni di misura delle deformazioni sono state scelte tramite un algoritmo genetico di ottimizzazione. Nell’ultima prova sperimentale si sono misurate le deformazioni, i carichi applicati in laboratorio sono stati il più possibile rappresentativi di quelli reali. Note le deformazioni è stata ricostruita la deformata tramite metodo modale, si sono confrontati gli spostamenti ottenuti con quelli misurati in laboratorio e presentate le conclusioni.