Weight estimation of turbofan thrust reversers by finite element model optimization

This work, as part of the “Nacelle weight estimation” project, proposes a methodology for turbofan thrust reverser weight estimation by means of the finite element method, which is to be used at an early stage of the aircraft development process, when few information about the new aircraft nacelle is available. The thrust reverser is the most heavy and most complex part of the nacelle, so it has an important influence on the final nacelle result. The methodology must be as simple as possible, in order to let the weight estimation to be performed quickly, and it must be accurate, with an objective weight error in the ±5% range. The starting point is the availability of a detailed finite element model of an existing nacelle, which shares the architecture with the new nacelle, so they must be similar from a global point of view, but dimensions difference pose no problems. The model is modified in order to match the new nacelle characteristics, in terms of geometry, concentrated masses and structural elements characteristics, so that the model weight changes accordingly and allows the estimation. The methodology still needs improvements, and the most important areas of improve- ment are identified, but current results of weight estimation for A350 and A320neo thrust reversers show that the error is inside the objective weight.

Il presente lavoro, che fa parte del progetto di “Stima del peso della gondola motore”, propone una metodologia per stimare il peso dell’inversore di spinta di motori turbofan per mezzo del metodo degli elementi finiti, impiegato in fase the avan-progetto. L’inversore di spinta rappresenta la parte piu` massiva e piu` complessa della gondola motore, quindi influenza largamente il risultato finale su di essa. La metodologia dev’essere la piu` semplice possibile, per permettere una rapida stima del peso, e dev’essere accurata, portando ad un errore in peso nell’intervallo ±5%. Il punto di partenza e` la disponibilita` di un modello ad elementi finiti dettagliato di una gondola motore esistente, dalla stessa architettura della nuova, in maniera che le due siano simili da un punto di vista globale. Il modello viene modificato per rappresentare le caratteristiche della nuova gondola motore, in termini di geometria, masse concentrate, e caratteristiche degli elementi strutturali, cosi` che il peso del modello si modifichi di conseguenza e permetta a stima. La metodologia necessita ancora di essere sviluppata e le aree di miglioramento piu` importanti sono state identificate, ma i risultati attuali di stima del peso degli inversori di spinta dei velivoli A350 e A320neo mostrano che l’errore e` contenuto nell’intervallo desiderato.