Obiettivi

Gli obiettivi che il CIRA persegue nell’ambito della progettazione strutturale sono in linea con le esigenze del mondo industriale e con gli statement dei programmi di Ricerca Nazionali ed Europei quali PRORA, H2020 Clean Sky 2, ESA/ASI: riduzione del peso strutturale, aumento della sicurezza, riduzione dei costi di realizzazione e certificazione, riduzione del lead time.

La riduzione del peso strutturale è perseguita con nuove tecniche di progettazione ed analisi che tendono a ridurre i tipici conservativismi tipicamente utilizzati in campo aerospaziale e la generazione di nuove geometrie strutturali mediante l’utilizzo di metodologie di ottimizzazione topologica. Per le strutture in composito, è obiettivo della disciplina progettare ipotizzando danneggiamenti dovuti alla vita operativa di dimensioni più piccoli rispetto agli standard attuali (Barely Visible Impact Damage, BVID). Alla stesso modo si vuole ridurre il conservativismo dovuto ai livelli di assorbimento di umidità tramite opportune devices da installare a bordo del velivolo. Inoltre si sta esplorando il superamento del paradigma della progettazione strutturale basata sulle ipotesi di linearità e stazionarietà, applicando approcci non-lineari e tempo-dipendenti che consentano al contempo di essere “veloci” nella fasi di analisi e meno conservativi nell’identificazione delle failure strutturali. I progetti PRORA/SMAF (Smart Airframe) e DAC/FUSIMCO (Fusoliera con utilizzo di strutture ibride metallo/composito) sono in linea con gli obiettivi di weight reduction così come il progetto H2020 LITE. Il progetto CS2/ANGELA mira a sviluppare ed a testare sulla nuova piattaforma volante LifeRcraft (sviluppata da AIRBUS Helicopters) una nuova classe di sistemi di atterraggio a basso peso. Il progetto ESA/INTERSTADIO è invece orientato allo sviluppo di una nuova tipologia di strutture a basso peso per l’impiego sul lanciatore VEGA. La determinazione dei carichi e delle instabilità aeroelastiche fanno parte del background della disciplina. Tale competenze sono impiegate sia per lo studio di aeromobili che di velivoli spaziali per il rientro da orbite esterne. Inoltre il superamento dello stato dell’arte con l’introduzione di metodologie che tengano in conto degli effetti dinamici e delle non linearità, nonché degli effetti di smorzamento strutturali, rappresentano l’obiettivo principale a cui tendere per perseguire la finalità della riduzione del peso. All’interno del progetto HEXAFLY (sviluppo e flight testing di un velivolo ipersonico) sono stati valutati i carichi nei principali punti del diagramma di volo oltre a studiarne le proprietà dinamiche.

La safety passiva ed attiva è annoverabile tra le tematiche che si stanno sviluppando in progetti di ricerca Nazionali in collaborazione con Leonardo Aircraft Division ed in ambito Clean Sky 2. In particolare ci si è posti l’obiettivo di mettere a punto metodologie (teoriche e numeriche) la progettazione e la verifica delle aerostrutture in presenza di eventi di crash. Ciò ha determinato l’impiego di SW FEA di tipo esplicito che richiedono la caratterizzazione del materiale fino al punto di collasso (true stress-strain curve) e in condizioni di strain-rate variabile. Il progetto DAC/CERVIA oltre a rappresentare un vero e proprio laboratorio di sviluppo di metodologie di analisi per Grandi Strutture Aeronautiche in Composito sotto l’azione di carichi impulsivi, prevede l’ingegnerizzazione e realizzazione del del Drop Test di una porzione significativa di fusoliera di un velivolo in composito in scala 1:1. Sullo stesso filone di ricerca si innesta il progetto DAC/MACADI che studia in dettaglio le performance di nuove tipologie di strutture di sottopavimento in materiale composito per impiego aeronautico. I progetti Clean Sky 2 Starbet e Defender invece sono proiettati allo sviluppo di una nuova classe di serbatoi resistenti al crash ed auto-riparanti che saranno sviluppati all’interno della piattaforma Fast Rotorcraft di Clean Sky 2.

Lo sviluppo di tecniche di virtual allowable e virtual testing mira alla riduzione del costo e del tempo di progettazione. Il CIRA, che si è dotato degli opportuni strumenti SW e del necessario know-how, verificare la possibilità di “accorciare” il classico approccio sperimentale basato sul building block (materiali compositi) al fine di poter “saltare” alcune “righe” della piramide di prova, con notevoli vantaggi sia di tempo che di costo di progettazione. Inoltre queste tecniche “virtuali” rappresentano spesso l’unico strumento per ricavare caratteristiche del materiale per iniziare il loop di progettazione allorquando non si ha alcun dato sperimentale di riferimento. Si pensi alla progettazione di strutture da realizzarsi con materiali e tecniche di fabbricazione nuove. Ulteriormente in questo filone di ricerca il CIRA è impegnato nel re-design di parti di velivoli della categoria Aviazione Generale per impiegare tecniche di manifatturiera che consentano la riduzione dei costi e dei tempi di consegna. Il progetto CS2/SAT-AM vede l'unità impegnata nella riprogettazione del cockpit del velivolo PZL M28. L’impiego di tecnologie di manifattura innovative ha fatto nascere la necessità di mettere a punto nuove logiche di design mirate ad ottimizzare (in termini di costi e pesi) l’impiego di tali tecnologie. All’interno del progetto TIMA/RITAM (motore aeronautico ad elevata efficienza), sono sviluppate metodiche di ottimizzazione strutturale con logiche di additive layer manufactruing (ALM). Gli aspetti di safety vengono sempre tenute in conto e tutte le attività sono inquadrate, preventivamente, all’interno delle normative di aeronavigabilità (FAR, CS) e spaziali (ECSS) di riferimento.

Temi di ricerca

Modellistica Strutturale;
Progettazione ed ottimizzazione topologica delle strutture;
Modellistica aeroelastica;
Flight Loads and Ground Loads;
Dinamica strutturale (shock spectrum, random vibration, transient analysis);
Tecnologia di progettazione strutturale: concettuale, preliminare e definitiva conforme alle normative di aeronavigabilità e spaziali;
Progressive Failure Analysis;
Meccanica della frattura;
Crash Analysis;
Nuovi paradigmi progettuali: Riduzione dei conservativismi;
Virtual allowable and testing;
Strutture, meccanismi e sistemi low weight;
Strutture, meccanismi e sistemi crash resistant.

Attività