Airframe design and optimization of a H2-fuelled hybric-electric 19-seat commuter

The innovation in term of zero emission flight, lead to the necessity of develop non-standard aircraft designs, the objective of this thesis is the definition of a highly automated methodology to develop and size, in a mid-fidelity approach, the wing and fuselage airframe for one of this innovative commuter. A fully automated procedure for GFEM analysis is developed and used, first of all, for the definition of the airframe architecture in terms of structural elements dimensions, spacing and materials, secondly for the load application and then analysis for both static and buckling conditions are considered. The tool developed allow to test and model many different airframe solutions, very useful for non-standard commercial aircraft, for which previous experience in standard commuter may not be applicable, in a very short time. This work is completed with the testing of this methodology for the structural sizing of Unifier19, for which the preliminary airframe design have been conduced, in particular the airframe constraint for this innovative aircraft are highlighted and defined. A full understanding of these constraints is achieved by considering the interference with all the subsystem presents, in particular for the landing gears, for which a kinematic study on the retraction system is proposed. The outcome of this thesis is the definition of a proven automated procedure for the airframe model cre ation and analysis and a mass estimation for Unifier19 which will be the base for proper optimization process in the following project steps.

L’innovazione tecnologica in termini di voli a impatto zero sta portando alla necessità di sviluppare velivoli con una configurazione non ordinaria, l’obiettivo di questa tesi è lo sviluppo di una metodologia totalmente automatizzara per lo sviluppo e il dimensionamento, in un approccio a media fedeltà, la struttura alare e della fusoliera per un velivolo di trasporto a corto-medio raggio appartenente a questa categoria. Una procedura GFEM è stata sviluppata prima di tutto per la definizione generale dell’architettura, in particolare, caratterizzando ogni elemento strutturale in termini di dimensione, spaziatura e materiale; la successiva applicazione del carico permette l’esecuzione delle analisi statiche e di instabilità. Questo strumento permette di testare in maniera veloce diverse configurazioni strutturali, necessario per uno sviluppo ottimale di un velivolo innovativo per il quale l’esperienza in aerei convenzionali può non essere applicabile. Questo lavoro è completato con il test di questa metodologia per il progetto preliminare di Unifier19, nel quale si sono considerati con attenzione i vincoli generati da questa innovativa configurazione. La comprensione di requisiti è ottenuta considerando l’interazione tra gli elementi strutturali e i sottosistemi del velivolo, in particolare condierando il carrello, per il quale si propone un meccanismo cinematico per la retrazione. Il risultato di questo studio è, insieme alla verifica della metodologia utilizzata, la definzione del progetto strutturale preliminare per Unifier19 che si prevede essere la base da utilizzare in processi di ottimizzazione da sviluppare nelle prossime fasi del progetto.