Preliminary aeroelastic design of a new generation regional aircraft equipped with load control devices

The aviation industry’s response to climate change requires innovative aircraft configurations that reduce fuel consumption and emissions through improved aerodynamic and structural efficiency. Increasing the wing's Aspect Ratio (AR) is an effective way to reduce induced drag, but it introduces structural challenges that must be mitigated. The HERA project proposes the UERA concept, a modified ATR 72-600 regional turboprop equipped with a hybrid-electric propulsion system, extended AR wings, and load alleviation devices. This thesis investigates the structural feasibility of the UERA configuration by analyzing the effects of increased span, and evaluating the use of ailerons and Load Control (LC) tabs to mitigate the additional structural loads. Using NeoCASS, detailed aeroelastic models were developed varying wing AR from 12 up to 16. Results show that hybrid propulsion system integration and AR increase significantly raise wing root bending loads, up to 63.5% above the baseline, for AR = 16, potentially offsetting aerodynamic gains. For the same configuration, properly deflecting both ailerons and LC tabs, it was possible to restore the loads to baseline levels. Dynamic response analyses further confirmed the LC tab’s potential for active gust load alleviation. These findings suggest that, when load control is incorporated from the design stage, weight penalties can be mitigated, allowing AR increase without adding structural mass.

La risposta dell'industria aeronautica ai cambiamenti climatici richiede configurazioni innovative degli aeromobili che riducano il consumo di carburante e le emissioni attraverso una maggiore efficienza aerodinamica e strutturale. Aumentare l'allungamento alare (AR) è un modo efficace per ridurre la resistenza indotta, ma comporta sfide strutturali che devono essere mitigate. Il progetto HERA propone il concetto UERA, un velivolo turboelica per tratte regionali, che consiste in un ATR 72-600 dotato di sistema di propulsione ibrido-elettrico, alto AR e dispositivi di alleviazione dei carichi. Questa tesi studia la fattibilità strutturale della configurazione UERA analizzando gli effetti dell'aumento di allungamento alare e valutando l'uso di alettoni e tab di controllo dei carichi (LC tab) per mitigare l'aumento dei carichi strutturali legati all'AR. Utilizzando NeoCASS, sono stati sviluppati modelli aeroelastici dettagliati variando l'AR da 12 a 16. I risultati mostrano che l'integrazione del sistema di propulsione ibrida e l'aumento dell'AR variano significativamente il momento flettente dell'ala, aumentandolo del 63.5% nella configurazione con AR = 16. Il conseguente aggravio di peso limitana il beneficio aerodinamico. Per la stessa configurazione, una appropriata deflessione sia di alettoni che di LC tab permette di riportare i carichi al valore di riferimento. Le analisi della risposta dinamica hanno ulteriormente confermato il potenziale delle LC tab per l'attenuazione attiva del carico a raffica. Questi risultati suggeriscono che, quando il controllo del carico viene incorporato fin dalla fase di progettazione, è possibile mitigare le penalizzazioni legati al peso, consentendo un aumento dell'AR senza aggiungere massa strutturale.