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Modelli aeroservoelastici per lo studio dell'interazione elicottero pilota

2009-04-05T22:00:00Z

Modelli aeroservoelastici per lo studio dell'interazione elicottero pilota Serafini, Jacopo 2009-04-06 Il lavoro di tesi è stato incentrato sulla modellazione aeroservoelastica di configurazioni elicotteristiche complete, in presenza di pilota, tesa ad effettuare analisi di stabilità relative a fenomeni di accoppiamento avverso tra uomo e macchina (Rotorcraft-Pilot Coupling); questo studio ha rappresentato uno dei primissimi realizzati nel campo, che, contrariamente a quanto avviene per i velivoli ad ala fissa, risulta essere ancora ad uno stadio prettamente embrionale. La tesi ha avuto come scopo principale quello di analizzare i requisiti in termini di modellazione per la corretta descrizione fisica dei complessi fenomeni strutturali, aerodinamici e biodinamici che sono alla base di un particolare tipo di RPC aeroelastico, il vertical bouncing, nel quali l'azione del pilota sul comando collettivo risulta essere prettamente passiva (non intenzionale) e , per quanto riguarda il velivolo, gli effetti di elasticità risultano preponderanti su quelli di dinamica rigida. In particolare, gran parte dell'attenzione è stata rivolta alla modellazione aeroelastica del rotore, che rappresenta l'elemento che maggiormente caratterizza e influenza l'elicottero. A tal riguardo sono stati sviluppati ed utilizzati diversi modelli aerodinamici accoppiati ad un modello strutturale di comprovata efficienza e già testato in più occasioni. Oltre allo sviluppo di modelli aerodinamici evoluti che prevedono l'inclusione di effetti di aerodinamica non stazionaria, nonché di effetti tridimensionali, è stato inoltre necessario sviluppare tutta la parte di dinamica e aerodinamica relativa all'accoppiamento con la fusoliera ed il pilota. Il modello di fusoliera è stato derivato dalle classiche equazioni della dinamica del volo, arricchito con i contributi dovuti all'elasticità del telaio ed alla servoelasticità. Infine in collaborazione con altri centri di ricerca si è pervenuti alla definizione di un modello di pilota alternativo a quello, sfruttato ampiamente nel corso della tesi, sviluppato da Mayo alla fine degli anni '80.

Studio di trasmissioni a variazione continua del rapporto di trasmissione per applicazioni veicolistiche : analisi dei parametri caratteristici dei sistemi di variazione a comando meccanico. Studio di un modello matematico per progettazione, dimensionamento e costruzione, in grande serie, del sistema meccanico di variazione

2010-05-10T22:00:00Z

Studio di trasmissioni a variazione continua del rapporto di trasmissione per applicazioni veicolistiche : analisi dei parametri caratteristici dei sistemi di variazione a comando meccanico. Studio di un modello matematico per progettazione, dimensionamento e costruzione, in grande serie, del sistema meccanico di variazione La Battaglia, Vincenzo 2010-05-11 Nel presente lavoro di dottorato è stato approfondito lo studio delle trasmissioni a variazione continua del rapporto di trasmissione, comunemente utilizzate sui ciclomotori, completando e migliorando modelli matematici oggetto di precedenti studi in tema, citati in bibliografia. Un modello matematico che riesca a descrivere il comportamento di un variatore a cinghia trapezoidale non è di semplice messa a punto, l’interpretazione del fenomeno fisico è infatti piuttosto complessa. La comprensione dell’influenza dei numerosi parametri in gioco e la determinazione del loro andamento al variare delle condizioni di funzionamento della trasmissione hanno richiesto un notevole studio bibliografico che ha evidenziato l’assenza di metodologie di carattere generale applicabili da parte dei progettisti. Degli studi presi in esame, infatti, alcuni trascurano il comportamento di alcuni parametri che entrano nel fenomeno fisico, altri ne descrivono il comportamento attraverso costanti di prima approssimazione; ciò non consente la sufficiente aderenza alla realtà per poter sviluppare un modello matematico idoneo alla progettazione ottimizzata di una trasmissione. Nasce quindi l’esigenza di approfondire alcuni dei numerosi parametri interpretandone gli andamenti. Per validare le ipotesi e i modelli analitici dedotti, si sono pensate ed effettuate prove sperimentali che hanno richiesto la gentile collaborazione della Honda Italia che ha messo a disposizione i propri laboratori. Al fine di riuscire a definire un modello matematico di prima approssimazione, che descriva il comportamento delle trasmissioni a variazione automatica del rapporto di trasmissione utilizzate nel settore delle due ruote, si è proceduto a descrivere e ad acquisire i dati necessari che determinano le caratteristiche della trasmissione oggetto dello studio. Si sono individuate quindi le relazioni tra i parametri che intervengono, in modo da riuscire a mettere a punto un modello che possa essere facilmente utilizzabile al variare delle trasmissioni analizzate. Si è reso necessario condurre campagne di prove che consentano di analizzare nel dettaglio il comportamento di singoli componenti della trasmissione. I banchi prova di tipo industriale hanno consentito di acquisire tutte le grandezze in ingresso e in uscita dalla trasmissione, ma non hanno permesso di indagare più dettagliatamente, ad esempio, sul comportamento della cinghia durante il funzionamento. Pertanto si è resa necessaria, nell’ambito del presente studio, la progettazione e la realizzazione di un apposito banco prova che possa assolvere a queste specifiche esigenze. Al fine di validare l’attendibilità del modello matematico elaborato si è infine provveduto ad effettuare il dimensionamento del gruppo di trasmissione del ciclomotore oggetto dello studio, seguendo le procedure di dimensionamento descritte nel presente lavoro. I risultati così ottenuti dall’applicazione del modello matematico sono stati confrontati con i dati della trasmissione reale, rilevando un’ottima corrispondenza. Il modello matematico sviluppato può quindi essere applicato anche cambiando l’obiettivo prestazionale del veicolo (ad esempio ottimizzazione della fase di accelerazione o della marcia in salita o della velocità massima etc), ottenendo rapidamente il dimensionamento dei principali elementi della trasmissione, minimizzando così il ricorso alla realizzazione di prototipi e alle relative prove sperimentali.

Analisi dinamica di sistemi innovativi per la produzione di potenza termica ed elettrica da carbone

2010-05-10T22:00:00Z

Analisi dinamica di sistemi innovativi per la produzione di potenza termica ed elettrica da carbone Gazzino, Marco 2010-05-11

Risposta e stabilità aeroelastica di velivoli Tiltrotor

2010-05-10T22:00:00Z

Risposta e stabilità aeroelastica di velivoli Tiltrotor Molica Colella, Marco 2010-05-11 Il presente lavoro di tesi si è incentrato sulla costruzione di un modello di soluzione aeroservoelastica adatto alla Risposta ed alla Stabilità di velivoli Tiltrotor in volo rettilineo uniforme. I punti focali della ricerca triennale di dottorato sono stati: • La costruzione, a partire dai modelli classici di travi rotanti sviluppati in [4] e [7], di un modello strutturale complesso per il rotore, adatto a descrivere conﬁgurazioni con pale ad asse non rettilineo e con caratteristiche aero-strutturali di sezione genericamente variabili, arricchito dai gradi di libertà relativi al moto dell’hub. • La deﬁnizione di un modello avanzato per l’ala, in cui essa e scomposta in parte interna ed esterna, per rappresentare al meglio la struttura ed il conseguente percorso seguito dalle sollecitazioni che dal rotore raggiungono la fusoliera unendosi agli effetti aerodinamici sull’ala. • La deﬁnizione di una metodologia per interfacciare la struttura complessa del punto precedente con un solutore BEM (Boundary Element Method) per l’aerodinamica 3D, onde catturare i fenomeni di interferenza aerodinamica e di impatto scia-corpi e calcolare al meglio i carichi vibratori scaricati in fusoliera, che da detti fenomeni si sono dimostrati fortemente inﬂuenzati. • approcciare il problema della riduzione delle vibrazioni precedentemente identiﬁcate con metodi innovativi relativi all’HHC (Higher Harmonic Control) ed all’uso simultaneo di IBC (Individual Blade Control) come le smartspring. I modelli sviluppati sono stati applicati sia su una conﬁgurazione di Tiltrotor innovativa basata sul progetto ERICA di Agusta-Westland, sia su una conﬁgurazione convenzionale basata sul Bell XV-15 Sono state eseguite sia indagini di dinamica strutturale che di stabilit` aeroelastica, per il rotore e per l’ala, per la quale ci si e concentrati sul fenomeno del Whirl-ﬂutter. Si è poi analizzata la risposta all’equilibrio in termini di carichi vibratori scaricati al mozzo ed alla radice dell’ala, che in funzionamento periodico e governata dalle armoniche multiple della frequenza giro del rotore e del numero di pale Nblade Ω. I carichi sono stati valutati in più condizioni di volo e con più livelli di interazione tra i modelli aerodinamico e strutturale, evidenziando i limiti di ciascun procedimento nella valutazione. Altresì è stato individuato l’impatto di caratteristiche strutturali, soprattutto dell’ala, sui carichi vibratori, anche sulle armoniche superiori rispetto alla fondamentale: la modellazione strutturale è apparsa importante in quanto masse e geometrie inﬂuenzano fortemente i modi e quindi la funzione di trasferimento del sistema che può ampliﬁcare notevolmente i carichi in ingresso, ﬁno, nei casi più sfortunati, a risonanze delle frequenze forzanti. Inﬁne ci si e occupati di testare in prima analisi la potenzialità di metodi di controllo delle vibrazioni: sono stati utilizzati sia un controllo ad armoniche superiori sull’attuazione dello swashplate, ergo l’HHC, sia meccanismi di controllo individuale delle pale, IBC, come le smart-spring, capaci con l’innesto di piezoelettrici alla radice della pala di variare con la giusta frequenza la rigidezza a ﬂessione della stessa. Le leggi di attuazione sono state determinate mediante controllo ottimo, ergo la minimizzazione di un indice di prestazione. • I controlli HHC e smart-spring si sono dimostrati molto efﬁcienti nel diminuire le vibrazioni. in particolar modo l’HHC si e dimostrato efﬁcace sia in Helicopter-mode che in airplane-mode • Il controllo numerico si e dimostrato robusto al variare del modello aerodinamico rispetto a quello di sintesi. • Si e inﬁne indagata la convenienza di concentrarsi sulla riduzione dei carichi alla radice o all’hub, osservando come in particolare in helicopter-mode, dove l’aerodinamica interazionale e minore, convenga effettivamente concentrarsi sui carichi al mozzo, sia per avere un risultato migliore, sia per modiﬁcare il contenuto armonico della legge del moto dell’attuatore verso frequenze e potenze minori.

Nanodiamonds in polymer composites : fibers and coatings

2009-01-12T23:00:00Z

Nanodiamonds in polymer composites : fibers and coatings Stravato, Antonella 2009-01-13

Designing an integrative framework for management education : hints from complexity science

2009-01-12T23:00:00Z

Designing an integrative framework for management education : hints from complexity science Protopapa, Stefania 2009-01-13

Overcoming knowledge sharing barriers through communities of practices

2009-01-12T23:00:00Z

Overcoming knowledge sharing barriers through communities of practices Filieri, Raffaele 2009-01-13

Bio-medical symbolic modeling with algebraic patches

2009-01-12T23:00:00Z

Bio-medical symbolic modeling with algebraic patches Portuesi, Simone 2009-01-13 The mathematical description of geometry is of paramount importance in the modeling of systems of all kinds. Standard geometric modeling describes curved objects through parametric functions as the image of compact domains. Alternatively, as in algebraic geometry, one may describe curved geometry as the zero-set of polynomials. Geometric modeling of biological systems highlight certain persistent and open problems more effectively addressed using algebraic geometry. In this thesis a framework for computer-based geometric representation based on algebraic geometry is introduced. Several algebraic representation schemes known as A-splines and A-patches are detailed as a description of geometry, by using a piecewise continuous gluing of algebraic curves and surfaces. The application of Asplines and A-patches to biological modeling is discussed in the context of protein molecular interface modeling. The rationale is to present an algebraic representation of bio-modeling under an unified point of view. This framework provides a suitable background for the main contribution of this thesis: the formulation and implementation of algorithms for Boolean operations (union, intersection, difference, etc.) on the algebra of curved polyhedra whose boundary is triangulated with A-patches. Boolean operations on curved geometry are yet an open obstinate research problem and its exact solution is only definable within the domain of algebraic geometry. The exact formulation is here used as basis for a geometrically approximate yet topologically accurate solution, closed in the geometric domain of A-patches. The prototype implementation has been applied to pairs of molecular models of ligand proteins in docking configuration. To date, the computational use of algebraic geometry is still experimental and is far from being a major component of current systems. This thesis shows an evidence that representation techniques derived from algebraic geometry have strong potential in bio-medical modeling, still needing much further research and engineering.

Development of a new methodology for flame spraying of colloidal suspension process for nanostructured coating production

2009-01-11T23:00:00Z

Development of a new methodology for flame spraying of colloidal suspension process for nanostructured coating production Dinelli, Martina 2009-01-12

Multi-step approaches for comprehensive modeling of diesel engine fuel injection processes

2009-04-05T22:00:00Z

Multi-step approaches for comprehensive modeling of diesel engine fuel injection processes Palmieri, Fulvio 2009-04-06 The overall optimization of diesel fuel injection equipment and combustion process is mandatory to fulfill the future emission regulations. Among the involved phenomena, a preliminary role is played by the strong link between the combustion behavior and the adopted strategies to promote the mixing of reactants. The aim of the present work is to develop a comprehensive modeling approach, having the capability to take the deep connection between fuel injection phenomena into account. For this scope, different computational tools, characterized by different roles, have been used and coupled, accounting for the interdependencies of the relevant sub-processes. Three main multi-step modeling approaches are outlined and then used in the analysis of practical cases; these can be summarized as follows: 1) multi-step modeling (0D-3D CFD) for injection process and spray simulation with a unitary approach; 2) double step modeling (3D-0D) of fuel metering component operation; 3) comprehensive multi-step lumped modeling of injection system operation, spray formation and fuel vaporization. The mechanical-hydraulic modeling of the injection systems is based on the 0-1D code AMESim. To model the in-cylinder flows and the 3D transient nozzle flow, the commercial FIRE code is used, whereas the lumped modeling of evaporation processes in cylinder ambient is self FORTRAN implemented. Several cases have been considered and the contribution of the modeling approach is presented evaluated. Two different injection system types (inline pump and common rail systems) are considered in the applications. Investigations are devoted to evaluate the influence on injection process of fuel characteristics and composition, injection strategies, injector layout, geometrical features and needle operating conditions.

Numerical analysis of the hydrogen combustion in a double cavity Trapped Vortex Combustor

2009-04-05T22:00:00Z

Numerical analysis of the hydrogen combustion in a double cavity Trapped Vortex Combustor Di Marco, Alessandro 2009-04-06 In the present study numerical simulations are performed to characterize the hydrogen combustion in a double cavity Trapped-Vortex Combustor (TVC). This combustor utilizes two trapped vortices in two cavities to improve flame stability and to provide low pressure drop. Good performances characteristics are obtained injecting a sufficient amount of fuel and air directly into the first cavity. The two cavities are obtained mounting three axisymmetric disks on a tube passing through their centrelines. The geometry and the configuration of this TVC are very similar to that studied by Hsu et al. 1995 and refer to a facility in the Casaccia (Rome) research center of the Italian National Agency for New Technologies, Energy and the Environment (ENEA). The numerical studies were made using a commercial 3-D CFD code. A turbulent steady-state model with finite rate chemistry and second-order accuracy is used to simulate the TVC flowfields. The turbulence-chemistry interaction is provided by the Eddy Dissipation Concept (EDC). This model allows the inclusion of detailed chemical mechanisms in turbulent flows. In the present analysis of reacting flow the chemical kinetic model needed to simulate the hydrogen combustion consists of 37 reactions involving 14 species. In order to evaluate the thermo fluid dynamics in the TVC a parametric study has been conducted. Variable parameters include the length of the first cavity, the power, the equivalence ratio, the humidity of the air and the inlet air composition and temperature. Results from the analysis provide valuable information on the flow and flame structure and on the combustion process demonstrating the versatility and efficiency of burning hydrogen in a double cavity TVC.

Experimental study of a tip leakage flow

2009-04-05T22:00:00Z

Experimental study of a tip leakage flow Caputi-Gennaro, Giovanni 2009-04-06 Experimental acoustic characterization of a tip leakage flow developing downstream of a single blade test rig has been performed via wavelet-based post-processing techniques. Hot-Wire Anemometer, far-field and wall-pressure signals were processed which have been measured on an instrumented airfoil installed within the anechoic wind tunnel available at the Laboratory of Fluid Mechanics and Acoustics of the Ecole Centrale de Lyon. The adopted airfoil is a NACA 5510 airfoil and the test rig has adjustable tip gap, which allows for tuning of the gap width: two flow configurations, with and without gap at the airfoil tip, are investigated. The Reynolds number, based on the airfoil chord, was Rec 9.3105. In the experimental campaign, conducted by researchers of the Ecole Centrale de Lyon, measurements of the pressure both on the airfoil surface and in the acoustic field have been coupled with HWA and PIV acquisitions. The outcoming database provided a suitable characterization of the (strong unsteady) flow dynamics in the tip-gap region as well as the impact of the tip-gap turbulent interaction on to the measured acoustic emission. In the present research activity, advanced post-processing procedures based on the wavelet transform are applied to the data measured by ECL in order to extract the most energetic non-periodic contributions, localized in time and in space, and to detect the fluid dynamic structures which may act as noise sources. The events tracking method is based on the computation of the time-frequency maps from which it is possible to select events, determine their time of appearance, and perform conditional averages. The conditioning procedure has shown that the gap width plays a fundamental role in the noise generation mechanisms: the amplitude of the oscillations in the averaged wall-pressure signatures becomes larger for increasing width of the gap, probably as an effect of a roll–up phenomenon occurring at the tip edge of the airfoil. This phenomenon is known to produce complex unsteady interactions within the flow. Arising turbulent mechanisms dominate the flow behaviour not only in the gap region. Vortex structures shed by the tip leakage flow convect downstream, interact with the trailing edge flow and strongly modify the flow dynamics and the scattering mechanisms. Wavelet–conditioned HWA signals confirmed this features, as the averaged velocity fluctuations in the trailing edge region seem to be significantly affected by the gap width and statistically related to strong pressure energy fluctuations detected over the airfoil suction side close to the gap. The pressure–velocity cross–analysis here presented evidenced the effectiveness of the tip leakage flow as a noise source and provided useful information about the turbulent mechanisms excited by its formation. Pressure/velocity wavelet– based correlation obtained by processing HWA/far–field pressure and PIV/far– field pressure measurements yielded, in a statistic sense, the location of the major fluid dynamic structure which may be related to the largest pressure fluctuations at the wall and in the far field. A further step in the present research activity, has been the implementation of a boundary–to–field transfer function approach, as an attempt to model the acoustic phenomenon under investigation. The approach is based upon a theoretical formulation which uses the well-known concept of transpiration velocity and is devoted to the vorticity generated sound problem. Preliminary results were obtained by using this approach in a simple test–case, but the application to the configuration here analyzed is one of the future steps in the ongoing research activity.

Accesso al sapere, moltiplicarsi delle conoscenze e innovazione : la comunicazione tra i saperi e l'interdisciplinarità nella cultura contemporanea

2009-01-11T23:00:00Z

Accesso al sapere, moltiplicarsi delle conoscenze e innovazione : la comunicazione tra i saperi e l'interdisciplinarità nella cultura contemporanea Falabella, Giuseppe 2009-01-12

Nanomedia : la rappresentazione delle nanotecnologie nella stampa italiana (2000-2005)

2009-01-11T23:00:00Z

Nanomedia : la rappresentazione delle nanotecnologie nella stampa italiana (2000-2005) Bernardo, Luca 2009-01-12

Caratterizzazione meccanica di sistemi nanostrutturati e correlazione con i parametri di processo e le proprietà

2008-03-26T23:00:00Z

Caratterizzazione meccanica di sistemi nanostrutturati e correlazione con i parametri di processo e le proprietà Sebastiani, Marco 2008-03-27

Acoustic formulations for aeronautical and naval rotorcraft noise prediction based on the Ffowcs Williams and Hawkings equation

2008-03-26T23:00:00Z

Acoustic formulations for aeronautical and naval rotorcraft noise prediction based on the Ffowcs Williams and Hawkings equation Testa, Claudio 2008-03-27

Studio dell'influenza delle caratteristiche chimico-fisiche dei combustibili sulle modalità di iniezione e sulle prestazioni di motori monocilindrici

2008-03-26T23:00:00Z

Studio dell'influenza delle caratteristiche chimico-fisiche dei combustibili sulle modalità di iniezione e sulle prestazioni di motori monocilindrici Compagnoni, Alberto 2008-03-27

Realizzazione, mediante tecnica Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PE-CVD), di rivestimenti nanocompositi a base di titanio in matrice di diamond-like carbon, anti usura e anticorrosione, per applicazioni nell'industria meccanica e dell'utensileria da taglio

2008-03-26T23:00:00Z

Realizzazione, mediante tecnica Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PE-CVD), di rivestimenti nanocompositi a base di titanio in matrice di diamond-like carbon, anti usura e anticorrosione, per applicazioni nell'industria meccanica e dell'utensileria da taglio Caschera, Daniela 2008-03-27

Studio delle problematiche di compatibilità elettromagnetica negli azionamenti elelttrici

2008-03-26T23:00:00Z

Studio delle problematiche di compatibilità elettromagnetica negli azionamenti elelttrici Serrao, Vittoria 2008-03-27

Captatori solari ad alta temperatura per il ciclo termochimico zolfo iodio

2008-03-26T23:00:00Z

Captatori solari ad alta temperatura per il ciclo termochimico zolfo iodio Giovannelli, Ambra 2008-03-27