Refinement of design solutions for a chiral morphing wing

In the aeronautical field is growing the interest towards morphing structures and in this context the Department of aerospace science and technologies at Politecnico di Milano developed a demonstrator with such capabilities. The aim of this work is to provide an aeroelastic model of this prototype able to faithfully reproduce its performances exhibit during some previous wind tunnel experiments. This numerical model has to be sufficiently light from a computational point of view so that it can be inserted in a future optimization loop for the chiral rib. After the generation of such a model some sensitivity analysis are carried out with the purpose of defining new possible solutions for the deformable part which is demonstrated to be excessively rigid. In particular both the chiral rib and the skin, that is made by a corrugated panel covered by an elastomeric layer; need to be re-designed. The final objective of these analysis is to highlight the most promising parameters in the optic of reducing the overall stiffness of the morphing demonstrator so that a new prototype will be developed; in the end also the potential performances of this new configuration are presented. In the context of developing a new configuration it is laid the groundwork to eliminate one of the most critical problem emerged so far in this project that is the connecting system between skin and rib; in particular the new concept is based on additive manufacturing technique and the idea is to fit the chiral nodes into the voids present in the corrugated panel. In this way it would be possible to test different ribs without having to re-design the skin to rib connection every time.

La possibilità di utilizzare strutture con capacità morphing in ambito aeronautico sta acquisendo maggiore importanza e in questo contesto è stato sviluppato presso il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali del Politecnico un dimostratore con tali potenzialità. Lo scopo di questo lavoro è quello di fornire un modello aeroelastico di tale prototipo che sia fedele con le sue performance dimostrate durante precedenti prove svolte in galleria del vento. Questo modello numerico deve anche essere sufficientemente leggero da un punto di vista computazionale al fine di poterlo usare successivamente in un ciclo di ottimizzazione della centina. In seguito alla generazione di un modello aeroelastico vengono svolte analisi di sensitività con lo scopo di definire nuove possibili soluzioni per la parte deformabile di questo modello in quanto riconosciuta come eccessivamente rigida. In particolare si tratta di ripensare sia la centina chirale che la pelle costituita da un pannello corrugato coperto da uno strato elastomerico. Lo scopo finale di queste analisi di sensitività è quello di evidenziare i parametri più promettenti nell’ottica di ridurre la rigidezza generale del dimostratore in modo che possa essere in futuro sviluppato un nuovo prototipo; infine vengono anche presentate le possibili performance ottenibili in seguito alle modifiche proposte. Nel contesto di questa nuova configurazione proposta vengono anche poste le base per eliminare uno dei maggiori problemi emersi fin qui in questo ambito: il collegamento della centina con la pelle, in particolare si pensa di sfruttare tecniche di additive manufacturing per sostituire il sistema di collegamento attuale con una tecnica simile ad un "incastro" dei nodi chirali nei vuoti presenti nel pannello corrugato; in questo modo risulterebbe possibile testare diverse centine chirali senza dover riprogettare tutto il sistema di collegamento.