Analisi FEM dell’ala portante di un flyak

La tesi che segue è frutto del lavoro del sottoscritto Tommaso Ferroglio e della coadiuvazione del professor Ugo Icardi. La scelta dell’oggetto studiato, che a breve sarà descritto, è stata presa con l’intento di applicare su di esso le principali tecniche di analisi strutturale utilizzate nel campo aerospaziale. In particolare la decisione di sviluppare l’ala portante di un flyak ha permesso di approfondire lo studio di molteplici argomenti connessi al settore in questione: l’analisi ad elementi finiti, l’utilizzo di materiali compositi, l’impiego di tecnologie innovative (sandwich fastner) e in generale tutte le problematiche legate alla limitazione dei pesi su componenti ad alte prestazioni.

Gli obbiettivi che sono stati prefissati all’inizio della stesura della presente monografia sono stati i seguenti:
• Testare tramite un’analisi agli elementi finiti il prototipo già esistente dell’ala di un flyak
• Individuare eventuali deficienze strutturali del prototipo
• Sviluppare nuove versioni dell’ala che garantiscano prestazioni migliori
• Introdurre nuovi componenti che permettano lo smontaggio del componente ed un più rapido e rigido assemblaggio allo scafo.

La tesi è stata suddivisa nei seguenti capitoli:
Capitolo 1: in questo capitolo è descritta l’imbarcazione del flyak in tutti i suoi componenti. Viene in particolare evidenziata la diretta evoluzione che dal kayak ha portato a questo nuovo prototipo. Parte della trattazione è dedicata alla descrizione del funzionamento dei profili subacquei e in particolare al calcolo della portanza e delle velocità necessarie al sostentamento. Infine viene citato il test eseguito come confronto fra i due tipi di imbarcazione e diventato noto dopo la comparsa televisiva.

Capitolo 2: nel secondo capitolo sono illustrati i vari metodi di calcolo strutturale esistenti. Partendo dai quelli classici come il semiguscio ideale, vengono poi descritti i metodi matriciale e ad elementi finiti. Durante questa parte della trattazione viene fatta una prima comparazione fra i vari metodi e ne sono definiti i vantaggi e gli svantaggi.

Capitolo 3: questo è un capitolo dedicato alla spiegazione del funzionamento dei programmi utilizzati per i calcoli FEM. In particolare vengono introdotti i software commerciali MSC.Patran e MSC.Nastran. Sono infine illustrate alcune importanti potenzialità dei suddetti programmi non sfruttate nel corso della tesi.

Capitolo 4: da questo capitolo comincia la vera e propria descrizione dei calcoli effettuati e dei risultati ottenuti. Come primo dei tre capitoli dedicati a tale scopo, il quarto è adibito all’illustrazione dello sviluppo della struttura principale dell’ala. In particolare vengono descritte le quattro versioni create e la configurazione finale adottata.

Capitolo 5: in questo capitolo viene invece descritto il primo dei nuovi componenti introdotti. Nella prima parte sono illustrati i calcoli svolti sull’incollaggio della struttura, nella seconda viene invece descritto il raccordo in magnesio e le sue geometrie.

Capitolo 6: l’ultimo capitolo è dedicato alla descrizione dell’attacco fra l’ala e lo scafo. Nella parte introduttiva viene dedicata l’attenzione alla tipologie di attacchi esistenti (principalmente di derivazione aerospaziale) e i difetti ad essi collegati. In seguito sono descritti i calcoli FEM svolti sulla struttura e la posizione e il modo in cui gli attacchi precedentemente presentati sono utilizzati.