Integrazione di un dimostratore tecnologico con struttura morphing

The searching in the field of engineering has always been focused on structures that exhibit higher performances than the previous ones. Inter alia, in the aeronautical field the most important role has always been played by lightweight and flexible solutions. In this respect over the past years at the international level has been considerably increased the interest in morphing technology, which can greatly improve the efficiency and performance of aircrafts in different flight envelope conditions. In particular, this thesis will focus on a very promising and innovative solution, developed within the University of the Polytechnic of Milan. The main character of the project is a wing box consisting of very deformable coatings supported by flexible internal ribs with a chiral structure . This solution is turning out an attractive alternative to traditional rigid control surfaces with regard to response to gusts. May be appropriate to point out that one of the most appealing advantages that characterizes this solution is the fact that such a structure allows to broadcast high local deformations in large global shifts thus avoiding not eligible stress concentrations. Therefore the objective of this thesis is the detailed analysis of the chiral ribs and flexible coatings investigated in previous studies within the Department of Aerospace Sciences and Technologies of the Polytechnic of Milan and to develop and optimize the design of all components of such a wing box. The final objective of this work is to perform appropriate make or buy choices' in order to recover all the elements necessary for the realization of the wing box and for the experimental assembly in the Laboratory of the Department. In particular, after selecting the best configurations of the rib and the coating, has been carefully identified the requirements of the connections necessary for a proper integration of these two elements. It 'important to underline that has been paid special attention to the connections so that they did not decrease the flexibility and the morphing ability of the two components. Starting from the integration of coatings and ribs has also been studied components and connections needed to develop the entire wing box. Once defined the skills of each connection and each item of the wing box the conceptual design of the two main characters (rib and skin) has been reviewed and adjusted so that to facilitate the connections within the wing. For this purpose, logically, the requirements drawn up before about the optimal junctions has been held in high regard. The present work has been completed with the supervision of the assembly operations of the wing box, carried out following the optimal procedures identified in the previous phases.

La ricerca in campo ingegneristico si è sempre rivolta a strutture che esibiscano capacità più performanti di quelle precedenti; nello specifico in campo aeronautico ha sempre rivestito particolare importanza l'analisi di soluzioni via via più leggere ed aeroelastiche. A questo riguardo nel corso degli ultimi anni si è visto crescere, a livello internazionale, l'interesse verso le tecnologie morphing, le quali consentono di migliorare notevolmente l'efficienza dei velivoli e le prestazioni in differenti condizioni dell'inviluppo di volo. In particolare il presente lavoro di tesi si focalizzerà su di una soluzione molto promettente ed innovativa, sviluppata all'interno dell'Ateneo del Politecnico di Milano, che vede protagonista un cassone alare realizzato con rivestimenti fortemente deformabili sostenuti da centine interne flessibili a struttura chirale. Questa soluzione si sta rivelando un'allettante alternativa alle superfici di controllo rigide tradizionali in fatto di risposta a raffiche. Può essere opportuno sottolineare che uno dei vantaggi più accattivanti che la caratterizzano è il fatto che una simile struttura permette di diffondere elevate deformazioni locali in grandi spostamenti globali, evitando così che si presentino concentrazioni di sforzo non ammissibili. L'obiettivo del presente lavoro di tesi dunque è quello di analizzare nel dettaglio le soluzioni di centine a struttura chirale e di rivestimenti morphing indagati nel corso di studi pregressi all'interno del Dipartimento di Scienze e di Tecnologie Aerospaziali del Politecnico di Milano e di proporre un'ottimizzazione ed una progettazione di dettaglio di tutti i componenti di un simile cassone alare. L'obiettivo finale è quello di effettuare adeguate scelte ‘‘make or buy'' in modo da provvedere a tutti gli elementi necessari per la realizzazione finale del manufatto ed assemblarlo sperimentalmente nel Laboratorio del Dipartimento. Nello specifico, dopo aver selezionato,tra quelle studiate, le configurazioni migliori di centina e rivestimento, sono stati individuati con precisione i requisiti dei collegamenti necessari per un'adeguata integrazione di questi due elementi. E' doveroso sottolineare che è stata prestata particolare attenzione al fatto che le connessioni non inficiassero la flessibilità e la capacità di variazione di forma dei due elementi. A partire dall'integrazione di rivestimenti e centine sono stati inoltre analizzati i componenti e le giunzioni necessarie per costituire l'intero cassone alare. Una volta definite le competenze di ciascun collegamento ed elemento del cassone alare è stato poi revisionato e corretto il progetto teorico dei due elementi protagonisti del morphing, in modo da rendere possibile un agevole collegamento tra di essi e con i restanti componenti, basandosi logicamente sui requisiti ottimali di connessione appena stilati. A questo punto lo stato di avanzamento del progetto ha portato all'ottimizzazione di dettaglio di ciascun elemento e di ciascun collegamento del dimostratore ed infine, alla realizzazione sperimentale degli ‘‘elementi make'' ed all'assemblaggio del dimostratore. Il presente lavoro di tesi è terminato con la supervisione delle operazioni di assemblaggio del cassone alare secondo le procedure ottimizzate nella fase precedente.