Università degli studi di Genova Sviluppo geometrico/aerodinamico della superficie di coda di un...
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Università degli studi di Genova
Sviluppo geometrico/aerodinamico della superficie di coda di un velivolo in volo
planatoRelatori:
Chiar.mo Prof. Alessandro BottaroProf. Jan Oscar Pralits
Allievo:Francesco Ghelardi
Tesi per il conseguimento della Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica
Settembre 2012
Introduzione● Questo studio fa parte del progetto denominato SKYBIRD
Velivolo UAV (unmanned aerial vehicle)
● Altre tipologie di velivoli UAV :
Robird (Greenx Artificial Birds) Smartbird (Festo)
Specifiche:
● Biomimetico Forma di riferimento: gabbiano
● V = 5 ~ 20 m/s
● Apertura alare < 2 m
● M circa 1 Kg
● Deve poter essere lanciato a mano
● Obiettivo di questa tesi: sviluppare una forma della coda, con ali principali già sviluppate, perché il velivolo possa considerarsi stabile staticamente.
Per svolgere tutto questo si è utilizzato un software chiamato Tornado e facendo vari test, variando un parametro alla volta, si sono ricercati i parametri che incidevano maggiormente sulla stabilità.
FORZE AGENTI SU DI UN VELIVOLO IN VOLO:
●P = Portanza●R = Resistenza●W = Peso●T = Spinta
G = centro di gravità del mezzo
PCSVP 22/1
DDCAVFR 22/1
LA STABILITA':● Equilibrio: forze e momenti bilanciati.
● Stabilità: tendenza a conservare l'equilibrio nel tempo al variare delle condizioni iniziali.
Stabilità
●Longitudinale●Trasversale●Direzionale
I vari assi di rotazione in un velivolo
STABILITA' LONGITUDINALE
Indice di stabilità longitudinale negativo
Dipende principalmente da: POSIZIONE DEL BARICENTRO
POSIZIONE E FORMA DELLA CODA
PORTANZA DELLE SUPERFICI ORIZZONTALI
0ddm
g 00
ddC
mg
STABILITA' TRASVERSALE
Vista frontale di due aliΓ = dihedral
● DIPENDENZA DA β
ROLLIO ED IMBARDATA STRETTAMENTE LEGATI
Sarebbe: però:
● Effetto diedro
●Freccia alare
●Estremità alare
0ddL
0ddC
L
STABILITA' DIREZIONALE
TIMONE(in caso di velivoli convenzionali è legata ad una parte del timone: la deriva)
Velivolo sottoposto ad imbardata
0ddC
N
Il software TORNADO:● NO EFFETTI DOVUTI ALLA VISCOSITA'
● NO EFFETTI DRAG VISCOSO (DRAG DI FORMA CONSIDERATO)
● MOLTO VELOCE NEL FARE LE SIMULAZIONI (RIGUARDANTI CONFIGURAZIONI DIVERSE)
● UTILIZZO DEL METODO DEI VORTICI, CIOE' DI INTENSITA' DI CIRCUITAZIONE Γ (INCOGNITA) SU OGNI PANNELLO i.
I vortici su un pannello
● Strutturato a menù primari e secondari in ambiente Matlab:
Input operations.[1]. Aircraft geometry setup[2]. Flight condition setup[3]. Change rudder setting[4]. Move reference point
Lattice operations.
[5]. Generate lattice.
Computation operations. [6]. Processor access Post processing and interactive operations.
[7]. Post processing, Result/Plot functions[8]. Keyboard access
Auxiliary operations. [10]. About / Release Info [100]. Help files
[0]. Exit Tornado
Menù principale del software
Parametri principali usati per modificare le superfici alari in Tornado
Parte di sperimentazione: sviluppo di tre code di base
1° CONFIGURAZIONE
= 0,036092
= 2,5688
= -0,00339
= -0,0035653
= -1,9221
= -0,04794
PRIMI RISULTATI
NUOVI RISULTATI
lCl
C
mC
nC
mC
nC
2° CONFIGURAZIONE
= 0,034459
= 3,3516
= -0,003603
= -0,020906
= -0,62363
= -0,048367
NUOVI RISULTATI
PRIMI RISULTATI
lC
mC
nC
mC
nC
lC
3° CONFIGURAZIONE
= 0,037152
= 4,232
= -0,003311
= -0,0234
= 0,058238
= -0,09741
PRIMI RISULTATI
NUOVI RISULTATI
lC
mC
nC
lC
mC
nC
Obiettivo: ricercare una forma più vicina alla reale coda di un gabbiano.CONFIGURAZIONE 4
(Y)(X)
(Z)
Vista prospettica e timone della config. 4
= 0,0108
= -1,1366
= 0,00041
lC
mC
nC
2 passaggi da effettuare:
1) Distanza minima da ali principali
2) Dimensioni ridotte
CONFIGURAZIONE 5
= 0,02383
= 1,2221
= -0,03359
= 0,024855
= -0,012993
= -0,037171(x)
(y)
(z)
lC
mC
nC
lC
mC
nC
Sviluppo configurazione FINALE
Coda vicina
Ridotte dimensioni
Difficile da rendere stabile
= 0,032786
= -0,2512
= -0,016582
(x)(y)
(z)
lC
mC
nC
● Inserito un timone ed effettuate ulteriori modifiche aggiuntive
Vista laterale del timone
= 0,030173
= -0,29509
= 0,12776
Test per ottenere stabilità di rollio
DihedralSweep
Nessun risultato
lC
mC
nC
Test su un timone di prova perché?
Ricerca di una possibile influenza sulla stabilità di rollio No influenza
Risultati riguardanti i timoni doppi:
Series1
-0.0025
-0.0020
-0.0015
-0.0010
-0.0005
0.0000
0.0005
0.0010
0.0015
doppio tp1unicoCn
β
Series1
-0.0025
-0.0020
-0.0015
-0.0010
-0.0005
0.0000
0.0005
0.0010
0.0015
doppio tp2unicoCn
β
DIH ali principali:
Leggermente positivo (2°/3°)
Prima positivo poi negativo (2°/3°)
Γ
Un gabbiano in volo planato
Ottenuta stabilità statica complessiva per il volo planato.
-7 -5 -2 0 2 5 7
-0.040500
-0.040000
-0.039500
-0.039000
-0.038500
-0.038000
-0.037500
α
Clβ
-7 -5 -2 0 2 5 7
-0.350000
-0.300000
-0.250000
-0.200000
-0.150000
-0.100000
-0.050000
0.000000
αCm
α-7 -5 -2 0 2 5 7
0.000000
0.001000
0.002000
0.003000
0.004000
0.005000
0.006000
0.007000
0.008000
0.009000
α
Cnβ
0 2 5 7
-0.120000
-0.100000
-0.080000
-0.060000
-0.040000
-0.020000
0.000000
β
Clβ
0 2 5 7
-0.268000
-0.266000
-0.264000
-0.262000
-0.260000
-0.258000
-0.256000
-0.254000
-0.252000
-0.250000
β
Cmα
0 2 5 70.000000
0.200000
0.400000
0.600000
0.800000
1.000000
1.200000
β
Cnβ
La configurazione FINALE
(x) (y)
(z)
CONCLUSIONI
● Posizione del CG avanzata e di poco più in basso delle ali principali.
● Coda e timone di forma allungata (sweep).
● 4/5 partizioni per inserire superfici di controllo
e eliminare il timone.
● Timone: il più indietro possibile e verso il basso.
● Effetto diedro ali principali importante per la stabilità del mezzo.