Progettazione e specificazione geometrica funzionale del profilo alare per un drone ad ala fissa

This paper under studies the wing airfoil of a fixed-wing drone, the airfoil was designed through an optimisation process which led to the development of the wing airfoil called opt06v3 starting from the project requirements. The opt06v3 airfoil will never be replicated for real due to the limited precision in building and assembling. While accepting this it is still needed for the built real wing airfoil to meet the project requirements despite the building inaccuracies. It was thus decided to suggest a Geometrical Product Specification (GPS) based upon the application of a tolerance on the thickness and the camber along the cord of the considered airfoil. A Matlab code has been developed for the synthesis of the tolerances, this code, starting from the nominal wing airfoil, generates a population of individuals with modified thickness or camber. For each individual it has been obtained the coefficient of drag through the use of the panel method XFLR5 and the maximum coefficient of lift through CFD analysis using the Ansys Fluent software. Then between these airfoils have been identified those, with the maximum camber or thickness deviation compared to the nominal values, which meet the project requirements; by comparing these airfoils with the nominal ones the tolerances can be established. So through a Reverse Engineering process applied to the built wing we can understand if the real airfoil meets the given tolerances. In order to provide an application example of the proposed process a Reverse Engineering procedure was carried out on the drone’s built wing through the use of a laser scanner. It has been then verified if the deviations along the camber and the thickness met those permitted via the GOM Inspect software and a Matlab alignment algorithm. The methodology here described can be a good option for wing airfoils as compared to the methods based upon the line profile tolerance indication to pressure side and suction side which are widely employed in turbomachinery. The approach this way formulated and suggested reduces the likelihood of the acceptance of a wing even if it does not meet the performance requirements and on the contrary of the rejection of a wing despite it meeting the performance requirements.

Il presente elaborato ha come oggetto di studio il profilo alare di un drone ad ala fissa, questo profilo è stato progettato tramite una procedura di ottimizzazione che a partire dai requisiti di progetto ha portato allo sviluppo del profilo denominato opt06v3. Quest’ultimo non potrà mai essere riprodotto nella realtà a causa della limitata precisione nelle lavorazioni e nell’assemblaggio. Pur accettando questo fatto, è necessario assicurarsi che il profilo costruito soddisfi comunque i requisiti di progetto nonostante le imprecisioni costruttive. Si è quindi deciso di proporre uno schema di specifica geometrica funzionale per il profilo in esame basato sull’applicazione di una tolleranza sull’andamento dello spessore e del camber lungo la corda. Per la sintesi delle tolleranze è stato elaborato un codice Matlab che a partire dal profilo nominale genera una popolazione di individui aventi spessore o camber modificati. Per ciascun individuo è stato ricavato il coefficiente di resistenza con il software a pannelli XFLR5 e il coefficiente di portanza massimo mediante analisi CFD tramite il software Ansys Fluent. Tra questi profili sono stati individuati quelli che, con la maggiore deviazione possibile di camber o spessore rispetto ai valori nominali, rispettano ancora i requisiti di progetto; dal confronto di questi profili con quello nominale sono state determinate le tolleranze. Quindi tramite una procedura di Reverse Engineering sull’ala costruita è possibile verificare se il profilo reale rispetta o meno le tolleranze individuate. Per fornire un esempio applicativo del procedimento proposto è stata effettuato il Reverse Engineering dell’ala del drone costruito mediante uno scanner laser. Sfruttando il software GOM Inspect e un algoritmo Matlab di allineamento è stato verificato che le deviazioni presenti nell’andamento di camber e spessore rientrassero entro quelle ammissibili. Il metodo appena proposto può essere una valida alternativa per profili alari rispetto ai metodi basati sull’indicazione di tolleranze di profilo di linea su intradosso ed estradosso largamente impiegati nelle turbomacchine. Il metodo così formulato e proposto riduce la probabilità che un’ala venga accettata anche se non soddisfa le performance di progetto e viceversa che un’ala venga scartata nonostante soddisfi le performance di progetto.