Advanced Tiltrotor Aircraft (ATA): static preliminary design of the fuselage and wing-fuselage interface

This thesis is inserted in the context of ThesisLab, a cooperative thesis environment between Politecnico di Milano and Leonardo Helicopters Division, which aims to develop a novel concept of an Advanced Tiltrotor Aircraft (ATA). The ATA is a versatile aerial vehicle that can perform vertical take-off and landing (VTOL) and transition to horizontal flight, combining the advantages of both helicopters and fixed-wing aircrafts. The thesis focuses on the preliminary design and analysis of the fuselage and the wing-fuselage interface of the ATA, using finite element methods (FEM) and optimization techniques. The fuselage is a fundamental structural component of the aircraft, which houses the cockpit, the cargo bay, and the tail boom. The wing-fuselage interface is the region where the wing is attached to the fuselage, which is critical for transfering loads acting on the wing and granting the structural integrity of the aircraft. The main objective of the thesis is to develop a methodology to achieve a lightweight structure that can withstand the exerted loads while featuring an adequate stiffness due to dynamics requirements. The thesis employs a systematic approach in the design and analysis of the fuselage and the wing-fuselage interface, utilizing MATLAB executable files. Automated tasks include mesh generation, static analysis execution through Nastran, and output data retrieval and processing to expedite the iterative process. The results show that the proposed design solutions are feasible and effective, and provide useful insights for further improvements. The thesis demonstrates that the fuselage and the wing-fuselage interface of the ATA can meet the design requirements and perform well in different flight conditions and in case of emergency landing. The thesis also highlights the challenges and limitations of the design process, and suggests possible future work and recommendations.

Questa tesi si inserisce nel contesto di ThesiLab, un ambiente cooperativo tra il Politecnico di Milano e la Divisione Elicotteri di Leonardo, che mira a sviluppare un nuovo concetto di Advanced Tiltrotor Aircraft (ATA). L'ATA è un veicolo aereo versatile in grado di eseguire decolli e atterraggi verticali (VTOL) e transizioni in volo orizzontale, combinando i vantaggi degli elicotteri e degli aerei ad ala fissa. La tesi si concentra sul design preliminare e l'analisi della fusoliera e dell'interfaccia ala-fusoliera dell'ATA, utilizzando metodi agli elementi finiti (FEM) e tecniche di ottimizzazione. La fusoliera è un componente strutturale fondamentale dell'aeromobile, che ospita il cockpit, la stiva e la coda. L'interfaccia ala-fusoliera è la regione in cui l'ala è collegata alla fusoliera, fondamentale per il trasferimento dei carichi che agiscono sull'ala e per garantire l'integrità strutturale dell'aeromobile. L'obiettivo principale della tesi è sviluppare una metodologia per ottenere una struttura leggera in grado di resistere ai carichi applicati, pur garantendo una rigidezza adeguata richiesta dai requisiti dinamici. La tesi adotta un approccio sistematico nel design e nell'analisi della fusoliera e dell'interfaccia ala-fusoliera, utilizzando file eseguibili in MATLAB. Le attività automatizzate includono la generazione della mesh, l'esecuzione delle analisi statiche attraverso Nastran, l'acquisizione e l'elaborazione dei dati di output per accelerare e migliorare il processo iterativo. I risultati mostrano che le soluzioni di progettazione proposte sono fattibili ed efficaci e forniscono utili spunti per ulteriori miglioramenti. La tesi dimostra che la fusoliera e l'interfaccia ala-fusoliera dell'ATA possono soddisfare i requisiti di progettazione e performare bene in diverse condizioni di volo e in caso di atterraggio di emergenza. La tesi mette anche in luce le sfide e le limitazioni del processo di progettazione e suggerisce possibili sviluppi futuri.