Aerodynamic shape optimization of a Flying V subsonic transport aircraft

The world of aviation needs to become more sustainable in the near future, to reach the goals of less environmental impact set by the European Commission for 2050. The standard airplane configuration cannot be further improved, as it is proven by the plateau its performances are experiencing over the last years. The Flying V joins this discussion as a new, innovative aircraft, with a lower drag coefficient, hence less fuel consumption and emissions. It is designed to be a single lifting surface, that eliminates the necessity of the fuselage because it accommodates the passenger cabin inside the wing. This research develops during the conceptual design phase of the Flying V and it is focused on optimizing the shape of the wing, specifically the section shape, to decrease the induced drag, enhancing the overall aircraft efficiency. The goal was accomplished by adding a twist to the wing, concentrated in the trailing edge region of the profiles, in order to maintain the passenger cabin leveled. The optimization was carried out utilizing two algorithms: the Differential Evolution and the Particle Swarm Optimization. The results of this work show that the twist needs to be higher in the inner part of the wing than in the outer part, creating more lift at the center and less at the outer wing. The optimized geometry allows the induced drag to decrease by approximately 20% and the efficiency to increase by 20% with respect to the untwisted Flying V confguration.

Nei prossimi anni il mondo dell'aviazione deve diventare più sostenibile, per raggiungere gli obiettivi di minor impatto ambientale fissati dalla Commissione Europea per il 2050. La configurazione attuale degli aerei non può essere ulteriormente migliorata, come dimostra il plateau che le prestazioni stanno registrando negli ultimi anni. Il Flying V rappresenta un'aggiunta rilevante alla discussione, essendo un velivolo nuovo e innovativo, con un coefficiente di resistenza inferiore, che consente minori consumi di carburante ed emissioni. È progettato per essere un'unica superficie portante, eliminando la necessità della fusoliera, perché ospita la cabina passeggeri all'interno dell'ala. La ricerca condotta nella presente tesi si inserisce nella fase di progettazione concettuale del Flying V ed è mirata all'ottimizzazione della forma dell'ala, in particolare della sezione, per diminuirne la resistenza indotta, migliorando l'efficienza complessiva del velivolo. L'obiettivo è stato raggiunto aggiungendo uno svergolamento all'ala, concentrato nella regione del bordo d'uscita dei profili, al fine di mantenere livellata la cabina passeggeri. L'ottimizzazione è stata effettuata utilizzando due algoritmi: Differential Evolution e Particle Swarm Optimization. I risultati di questo lavoro rivelano che lo svergolamento deve essere maggiore nella parte interna dell'ala che nella parte esterna, creando più portanza al centro e meno all'esterno dell'ala. La geometria ottimizzata consente di ridurre la resistenza indotta di circa 20% e di aumentare l'efficienza di circa 20% rispetto alla configurazione Flying V con ala non svergolata.