Studio ed ottimizzazione di una struttura in composito per un convertiplano leggero

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1 Tesi di laurea In Disegno Tecnico Industriale Studio ed ottimizzazione di una struttura in composito per un convertiplano leggero Candidato: Francesco Specchio Relatore: Chiar.mo Prof. Luca Piancastelli Correlatrice: Ill.ma Ing. Cristina Renzi Università Universitàdegli deglistudi studididibologna Bologna Facoltà FacoltàdidiIngegneria Ingegneria

2 Obiettivi Un aerotaxi veloce e di rapido utilizzo Autonomia indicativa 1h o 350 km Piccole dimensioni per poter atterrare e decollare in spazi ristretti S/VTOL (Short or Vertical Take Off and Landing) 300 h TBO (Time Between Overhaul) con pochissima manutenzione

3 Cos e un convertiplano? Non è un aeroplano....ma ha i pregi di un aeroplano (velocità, portanza) Non è un elicottero....ma ha i pregi di un elicottero (decollo/atterraggio verticali) Meccanismo di Tilting Nel nostro caso il riduttore è dotato di un grado di libertà interno. Quindi il solo gruppo eliche controrotanti gira, mentre i motori rimangono fissi. Nelle soluzioni della concorrenza gira tutto il gruppo motopropulsore. Non dovendo atterrare in assetto orizzontale, la velocità di stallo può essere alta: è sufficiente un ala piccola

4 Perché un Convertiplano? Un progetto NACA di lunga data.. Tail-sitters (XFY-1 Pogo) Tilt-Wing (V-18 Holler) Tilt-Motor (V-22 Osprey)..ma attuale: Tilt-Rotor (il nostro) Trasporto leggero Normativa semplificata

5 Progetto di partenza: JetsonsIII Peculiarità: 2 Motori da 250 HP l uno Autonomia 1h, Vel. crociera 600km/h Struttura a sandwich con pelli in fibra di carbonio ad altissima resistenza (19 kg/m2) Categoria ULM (1 passeggero) Sicurezza Paracadute balistico durante il volo orizzontale Autorotazione durante il volo verticale DalUniversità tetto della all Hilton a Roma in mezz ora deglifacoltà studi di Bologna Facoltà di Ingegneria

6 Progetto di partenza: JetsonsIII Difetti riscontrati Spazio di hovering ostruito Instabilità statica dell ala (momento destabilizzante) Profilo d ala migliorabile in termini di resistenza aerodinamica Assenza di carrelli retrattili (solo capacità VTOL)

7 Sviluppo del progetto Progetto di una doppia ala e di una fusoliera stabilità aerodinamica (statica o rilassata) Equilibrio delle forze W (weight=peso) + ΣLi (lift=portanza) = 0 alloggiamento 6 persone (450kg)

8 Evoluzione del progetto Profili alari: requisiti buona efficienza aerodinamica (cl/cd) minimo momento picchiante (cm) L = 1/2 ρ cl S v2 D = 1/2 ρ cd S v2 M = 1/2 ρ cm S v2

9 Soluzioni di tentativo Una soluzione aerodinamica: fusoliera a missile Facile sbilanciamento dei pesi Una soluzione comoda: fusoliera a limousine Scarsa aerodinamicità Alette canard troppo piccole rispetto all ala posteriore

10 Una scelta di compromesso Fusoliera a profilo alare Abitabilità e penetrazione aerodinamica Bilanciamento delle masse del carico pagante

11 Una scelta di compromesso Ala principale anteriore NASA NLF0115 (profilo supercritico) a freccia di 45 Ala posteriore NACA 64A204 (profilo F-16) a delta di 60

12 Equilibrio di assetto Spazio di hovering Gondola motrice in posizione centrale

13 Equilibrio di assetto Momento picchiante Coppie di portanza (2 ali) Coppia di trazione e momento d ala

14 Altre scelte progettuali Superfici di manovra: Elevoni Aerofreni Timone di direzione

15 Altre scelte progettuali Carrelli retrattili e anteriore direzionabile: Capacità S/VTOL (decollo corto in sovraccarico) Superficie d appoggio ampia Massa contro aerodinamicità

16 Considerazioni strutturali Pinna di sostegno maggiorata nelle dimensioni e con raccordi alla fusoliera Wind-screen in policarbonato e fibra di carbonio a nido d ape Eventuale bordo d attacco in lega di alluminio per segnalare eventuali urti durante il volo.

17 Conclusioni Funzionalità e design, adattabilità e comfort Necessità di un controllo elettronico di stabilità e manovra Aspetto estetico e ampio spazio interno (eventuale bagaglio) Capacità S/VTOL

18 Conclusioni Sviluppo del progetto Analisi agli elementi finiti del guscio in composito Produzione di un prototipograzie in scala e test in galleria del vento per una comparazione dei dati sperimentali con quelli teorici