Sviluppo di metodologie per il progetto di ali con profili a curvatura variabile

The purpose of this work is to propose an approach for optimal 2D airfoil morphing design and 3D wing morphing design based on a two levels approach. In the first level, the best deformed shape of a wing or an airfoil is performed by an optimization method. The objective of this method is to maximize the aerodynamic efficient and to minimize the axial and bending skin stresses, respecting some technological limits as stress/strain limits. A compact representation for airfoils, named CST, is used to perform the optimal design. An another optimization technique is used for design the optimal geometry of a 3D wing, using the results of 2D airfoil optimization: in this case it reduced aerodynamic drag at the same lift coefficient using an Aero Predictor-Corrector (APC) method. The results perform the optimization of a commercial aircraft in many points of the flight envelope. Many practical examples supported and demonstrated the optimizations with an increase of performance, in particular an European Project (NOVEMOR) and a wing of a regional transport aircraft are treated. In the second level, the best internal structural configuration is obtained using a topological optimization tool based on a genetic algorithm that synthesize a compliant structure able to adapt itself to match the optimal shape coming from the first level.

In questo lavoro viene presentato un metodo per il progetto di profili 2D e ali 3D di tipo morphing, ovvero per l’adattamento di forma, basato su una procedura su due livelli di ottimizzazione. Nel primo livello, viene determinata la forma migliore dell’ala o del profilo tramite un’ottimizzazione vincolata che massimizza l’efficienza aerodinamica e minimizza gli sforzi assiali e flessionali del rivestimento, rispettando vincoli di deformazione/sforzo imposti. Una parametrizzazione compatta denominata CST è stata utilizzata per determinare la forma ottima dei profili. Un’altra tecnica di ottimizzazione è stata usata per il progetto delle ali 3D, basandosi sui risultati ottenuti dalle procedure di minimizzazione 2D dei singoli profili: in questo caso viene ridotta la resistenza aerodinamica a parità di coefficiente di portanza utilizzando un metodo denominato Aero Predictor-Corrector (APC). I risultati sono di aumento di prestazioni in più punti dell’inviluppo di volo per velivoli commerciali da trasporto. Alcuni esempi pratici sono riportati per dimostrare le funzionalità di questi metodi con l’incremento delle prestazioni del velivolo, in particolare sono trattati un progetto europeo (NOVEMOR) e quello di un nuovo velivolo da trasporto regionale di prossima generazione. Nel secondo livello viene determinata la migliore configurazione della struttura interna delle forme scelte al primo livello utilizzando un algoritmo genetico per la determinazione di strutture compliant adattabili e flessibili.