A novel method to estimate existing aircraft geometry and aerodynamics

Estimation of competitor aircraft performance is a topic of particular interest in the industrial field. The present work, developed at Leonardo - Aircraft division, aims to develop a rigorous procedure capable of producing an estimate of the geometry of the aircraft based on freely available photographic documentation, followed by an evaluation of its aerodynamic characteristics. The very first part of the document digs into various reconstruction methods. The chosen method consists of the inverse application of linear perspective. It is able to guarantee a satisfying reconstruction even in spite of a possible poor quality of the input. The reconstruction tool is developed in the form of a semi-automated procedure that takes figures as input, selects some notable points on the aircraft and returns 3D coordinates of those points, making the generation of a 3D model possible. The model is constructed with the open source, parametric geometry tool OpenVSP. Overall geometry is modeled starting with output data from perspective reconstruction and later refined referring again to photographic documentation. In the second part of the work, aerodynamic characteristics are investigated. Mainly, the analysis is carried out making use of OpenVSP built-in tools, that include the implementation of potential flow methods such as Vortex Lattice Method. Other tools are dedicated to drag modeling. Whenever aspects of the aerodynamic analysis are not covered by the OpenVSP suite, they are integrated with handbook techniques. Eventually, consistency of the entire procedure is assessed in the form of a comparison of final output data with an estimate developed internally to Leonardo - Aircraft division.

La stima delle prestazioni di velivoli concorrenti è un argomento di particolare interesse in ambito industriale. Il presente lavoro di tesi, sviluppato presso Leonardo - Divisione Velivoli, mira a sviluppare una procedura rigorosa in grado di produrre una stima della geometria del velivolo a partire da documentazione fotografica liberamente disponibile, seguita da una valutazione delle sue caratteristiche aerodinamiche. La parte introduttiva del documento approfondisce diversi metodi di ricostruzione. Tra questi, è stato scelto l'utilizzo, secondo applicazione inversa, della prospettiva lineare. Si tratta di un metodo in grado di garantire una ricostruzione di massima anche a dispetto di un'eventuale scarsa qualità dell'input, tanto in termini di numero di immagini quanto di assenza di distorsioni nelle stesse. Lo strumento di ricostruzione è sviluppato sotto forma di una procedura semi-automatica che riceve immagini in ingresso, seleziona alcuni punti notevoli sul velivolo e restituisce le coordinate 3D di quei punti, rendendo possibile la generazione di un modello geometrico tridimensionale. Il modello è costruito tramite OpenVSP, strumento parametrico di modellazione geometrica distribuito sotto licenza open source. La geometria complessiva viene modellata partendo dai dati di output della ricostruzione prospettica e successivamente rifinita facendo nuovamente riferimento alla documentazione fotografica. Nella seconda parte del lavoro vengono studiate le caratteristiche aerodinamiche. L'analisi viene effettuata utilizzando principalmente strumenti integrati a OpenVSP, che includono l'implementazione di metodi a potenziale come il Vortex Lattice Method. Altri applicativi sono dedicati all'analisi della resistenza aerodinamica. Nei casi in cui aspetti dell'analisi aerodinamica non fossero coperti dalla suite OpenVSP, vengono integrati con metodi da manuale. Infine, l'efficacia dell'intera procedura verrà valutata sotto forma di un confronto tra i dati aerodinamici finali e quelli derivanti da un metodo di stima delle caratteristiche aerodinamiche sviluppata internamente a Leonardo - Divisione Velivoli.