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Candidata: Francesca Negrello Relatori: Chiar.mo Prof. Alessandro Bottaro Chiar.mo Prof. Aleramo Lucifredi Correlatore: Dott.Ing. Paolo Silvestri Facoltà

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Presentazione sul tema: "Candidata: Francesca Negrello Relatori: Chiar.mo Prof. Alessandro Bottaro Chiar.mo Prof. Aleramo Lucifredi Correlatore: Dott.Ing. Paolo Silvestri Facoltà"— Transcript della presentazione:

1 Candidata: Francesca Negrello Relatori: Chiar.mo Prof. Alessandro Bottaro Chiar.mo Prof. Aleramo Lucifredi Correlatore: Dott.Ing. Paolo Silvestri Facoltà di Ingegneria A.A Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

2 Skybird project Fasi: Calcoli Preliminari (primo semestre 2011) Progettazione Preliminare (Settembre 2011 – Marzo 2012) Progettazione di dettaglio (Marzo 2012 – Settembre 2012) Sviluppi futuri: Supporto a realizzazione prototipi e prove a terra e in volo (Autunno 2012 – Primavera 2013) Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

3 Team di ricerca: Prof. Alessandro Bottaro (Responsabile progetto DICCA) Prof. Aleramo Lucifredi(Analisi cinematica e strutturale) Dott. Paolo Silvestri(Analisi strutturale, Dinamica del volo) Dott. Jan Oscar Pralits (Dinamica del volo) Dott. Joel Guerrero (Simulazioni aerodinamiche) Francesca Negrello Carlo Pacioselli Sviluppo aerodinamico di un velivolo ad ala battente Federico Vecchia Study on Skybird Performance Improvement Francesco Ghelardi Sviluppo geometrico/aerodinamico della superficie di coda di un velivolo in volo planato Collaboratori aziendali: Ing. Valerio Manetti (Program manager) Ing. Michele Cattoi (Progettazione meccanica) Ing. Pierfilippo Rizzo (Progettazione aeronautica) Skybird project Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

4 Skybird project Modello: la Natura Leggi generali della fisica Simulazioni Fluidodinamiche & Studio di base sul profilo e sul movimento

5 Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo 1. Studio della cinematica del battito 2. Analisi e ricerca del meccanismo 3. Ottimizzazione del meccanismo 4. Dimensionamento strutturale e verifica 5. Analisi della stabilità del volo Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

6 Battito alare (up-downstroke) Torsione attiva legata al battito Svergolamento del profilo Angolo di freccia (sweep) Caratteristiche dellala e del battito Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

7 I primi impieghi di UAV risalgono agli anni 50 quando vennero utilizzati da Israele come standard militare. Da allora la produzione di questo tipo di velivoli si è ampliata e differenziata secondo un trend crescente. Tipologie di UAV attualmente esistenti Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

8 Obiettivo: realizzare un velivolo ad ala battente in grado di compiere missioni autonome di ricognizione Caratteristiche: biomimetico alternanza tra volo battuto e planato Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con studio della stabilità Scelta del cinematismo

9 Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo 1. Studio della cinematica del battito 2. Analisi e ricerca del meccanismo 3. Ottimizzazione del meccanismo 4. Dimensionamento strutturale e verifica 5. Analisi della stabilità del volo Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

10 Studi fluidodinamici Parametri: f (frequenza) α 1 (corsa angolare semi-ala interna) α 2 (corsa angolare semi-ala esterna) S (durata della corsa di upstroke sul periodo) f3 Hz α1α1 60° (±30°) α2α2 45° ÷ 50° S0.65 T ciclo Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

11 Ottimizzazione della cinematica Parametri: l 2, l 3, l 4 r, θ, (l 5 ) S, α 1 α2α2 Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

12 Funzione obiettivoTargetValore raggiuntoErrore I corsa semi-ala interna (α 1 ) 60°60.022°0.022° II sfasamento tra le posiz. estreme di manovella (S) 234° °0.017° III angolo relativo tra le due semi-ali (α 2 ) 45° α 2 50°47.7°--- VariabiliValori proposti Manovella (l 2 ) mm Biella (l 3 ) mm Bilanciere (l 4 ) mm r 25.0 mm Theta (θ) 15° deg Telaio* (l 1 ) mm Longherone* (l 5 ) 457 mm Biella seconda* (l 6 ) 25.0 mm Risultati dellottimizzazione Nota: i valori segnati con * corrispondono ai parametri fissati che non sono stati oggetto di calcoli in fase di ottimizzazione. Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

13 Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo 1. Studio della cinematica del battito 2. Analisi e ricerca del meccanismo 3. Ottimizzazione del meccanismo 4. Dimensionamento strutturale e verifica 5. Analisi della stabilità del volo Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

14 Analisi strutturale Metodologia di calcolo: SOVRAPPOSIZIONE MODALE Carichi tempo-varianti aerodinamici : portanza e resistenza Applicati nei centri aerodinamici di ciascuna semi - ala Materiale: Alluminio Modulo di Young (E) 7x10 10 Pa Modulo di Poisson (ν) Densità (ρ) 2710 kg/m 3 Carico di snervamento (σ s ) 600÷700 MPa Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

15 Risultati dellanalisi strutturale Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

16 Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo 1. Studio della cinematica del battito 2. Analisi e ricerca del meccanismo 3. Ottimizzazione del meccanismo 4. Dimensionamento strutturale e verifica 5. Analisi della stabilità del volo Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

17 Analisi di stabilità del volo Punti notevoli ca ali+fusoliera ca coda centro di massa Carichi Portanza Resistenza/Spinta Inerziali (battito) Massa 0.5 kg I yy 0.2 kg m 2 Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

18 Risposta del sistema Forzante: battito Se V il sistema acquista un margine di stabilità Ovvero uno smorzamento Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

19 Risposta del sistema Forzante: Battito & Perturbazione impulsiva evoluzione del sistema nel piano delle fasi Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

20 Conclusioni sulla stabilità del volo Considerazioni conclusive: Velivolo stabile in assenza di controlli Diagramma caratteristico del volo Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo

21 Conclusioni & Sviluppi futuri Progettazione cinematica e strutturale di un UAV ad ali battenti con analisi della stabilità del volo Progettazione Skybird Prototipazione e testing Cinematica Strutturale Stabilità Prove sperimentali Materiali compositi (fibra di carbonio) Manovre di volo Sviluppi futuri:

22 Per concludere…


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