Design, analysis and validation of an aeroservoelastic wind tunnel model

In response to European's Union Horizon 2020, Clean-Sky 2 aims to reduce the aeronautical sector's environmental impact by focusing on developing the regional aircraft of the future. Gust loads are critical in the sizing of flexible aerospace structures. Interest in active load's reduction has progressively grown, and to these matters, AirGreen 2 project proposed an Innovative WingTip (IWT) configuration to be actively controlled for Gust Load Alleviation (GLA) tasks. This thesis will contribute to the previous by participating in the design of a fully instrumented aeroservoelastic wind tunnel model (WTT3) to be used in the experimental validation of the proposed technology and active controllers. Furthermore, numerical representations of the test plant were defined through finite elements. Modal analysis of the discretized structure allowed to streamline the design of the wind tunnel model. Thanks to the combination of different numerical models with different specific scopes, design phase decisions were made with increased confidence. Subsequently, the numerical models themselves were validated or updated as required once the Ground Vibration Test (GVT) experimental results were available. Specifically, a refined finite element model of the complete wind tunnel model was validated, and an aeroelastic stick model was optimized to match the dynamic behaviour of the manufactured WTT3. Finally, the wind tunnel test results were used to prove that relevant internal load's reduction had been achieved and validate the wind tunnel model design process.

In risposta a Horizon 2020 dell'Unione Europea, Clean-Sky 2 mira a ridurre l'impatto ambientale del settore aeronautico concentrandosi sullo sviluppo degli aerei regionali del futuro. I carichi di raffica sono critici nel dimensionamento delle strutture aerospaziali flessibili. L'interesse per la riduzione attiva del carico è progressivamente cresciuto, e a questo proposito il progetto AirGreen 2 ha proposto una configurazione Innovative WingTip (IWT) da controllare attivamente per compiti di Gust Load Alleviation (GLA). Questa tesi contribuirà a questo tema partecipando alla progettazione di un modello di galleria del vento aeroservoelastica completamente strumentato (WTT3) da utilizzare nella validazione sperimentale della tecnologia proposta e dei controllori attivi. Inoltre, le rappresentazioni numeriche dell'impianto di prova sono state definite attraverso elementi finiti. L'analisi modale della struttura discretizzata ha permesso di semplificare la progettazione del modello della galleria del vento. Grazie alla combinazione di diversi modelli numerici con diversi scopi specifici, le decisioni della fase di progettazione sono state prese con maggiore sicurezza. Successivamente, una volta i risultati del Ground Vibration Test (GVT) erano disponibili, i modelli numerici stessi sono stati convalidati o aggiornati. In particolare, è stato convalidato un modello raffinato a elementi finiti del modello completo della galleria del vento, e un modello stick aeroelastico è stato ottimizzato per corrispondere al comportamento dinamico del WTT3 prodotto. Infine, i risultati dei test nella galleria del vento sono stati utilizzati per dimostrare che la riduzione del carico interno era stata raggiunta e per convalidare il processo di progettazione del modello di galeria.