Structural modification and experimental correlation of an aeroelastic wind tunnel model for flutter analysis

This work presents a modal correlation and update activity carried out on the F-XDIA aeroelastic wind tunnel demonstrator, a scaled conventional transport aircraft configuration conceived to experimentally investigate flutter phenomena and to provide a reliable platform for Active Flutter Suppression (AFS) studies. The main objective is to derive a numerical structural model that reproduces the dynamic behaviour identified by Ground Vibration Tests (GVT) and that can be credibly used for flutter prediction and for downstream control oriented modelling. The thesis documents the recent hardware and modelling updates introduced at the model component interfaces and describes the adopted finite element strategy, including a DMIG based pathway to integrate externally generated high fidelity structural portions within the NeoCASS aeroservoelastic environment. Modal correlation is then performed by tuning a physically motivated subset of localized interface and joint compliances represented by CELAS elements. The tuning is automated in MATLAB through a constrained optimization loop and assessed by combined frequency and mode shape metrics, with mode pairing validated through MAC matrices. The resulting correlated structural model provides improved agreement with the experimental modal database and is subsequently employed for linear flutter computations in NeoCASS environment by coupling the reduced structural basis with an unsteady aerodynamic database generated via DLM. The analysis identifies two distinct flutter mechanisms for the baseline configuration and establishes a consistent numerical baseline that is capable of predicting the flutter boundary with and error of 1.5% compared against wind tunnel FRF benchmarks. The correlated model constitutes the structural foundation for subsequent aeroservoelastic investigations and for future AFS controller developments.

Questo lavoro presenta un’attività di correlazione modale e aggiornamento del modello condotta sul dimostratore aeroelastico da galleria del vento F-XDIA, una configurazione in scala di velivolo convenzionale da trasporto concepita per investigare sperimentalmente i fenomeni di flutter e per fornire una piattaforma affidabile per studi di Active Flutter Suppression (AFS). L’obiettivo principale è derivare un modello strutturale numerico che riproduca il comportamento dinamico identificato tramite Ground Vibration Tests (GVT) e che possa essere utilizzato in modo credibile per la previsione del flutter e per successive attività di modellazione orientata al controllo. La tesi documenta i recenti aggiornamenti hardware e di modellazione introdotti alle interfacce tra i componenti del modello e descrive la strategia agli elementi finiti adottata, includendo un flusso basato su DMIG per integrare porzioni strutturali ad alta fedeltà generate esternamente all’interno dell’ambiente aeroservoelastico NeoCASS. La correlazione modale viene quindi eseguita tarando un sottoinsieme fisicamente motivato di cedevolezze localizzate di interfaccia e giunto, rappresentate mediante elementi CELAS. La taratura è automatizzata in MATLAB tramite un ciclo di ottimizzazione vincolata ed è valutata mediante metriche combinate su frequenze e forme modali, con l’associazione delle coppie modali validata attraverso matrici MAC. Il modello strutturale correlato risultante fornisce un migliore accordo con il database modale sperimentale ed è successivamente impiegato per calcoli di flutter lineare nell’ambiente NeoCASS, accoppiando la base strutturale ridotta con un database aerodinamico instazionario generato tramite DLM. L’analisi identifica due distinti meccanismi di flutter per la configurazione di riferimento e stabilisce una baseline numerica coerente, capace di prevedere la frontiera di flutter con un errore dell’1,5% rispetto ai benchmark FRF di galleria del vento. Il modello correlato costituisce la base strutturale per successive investigazioni aeroservoelastiche e per futuri sviluppi di controllori AFS.