Aerodynamic Shape Optimization of the Helicopter Main Rotor Hub Beanie, Using Advanced Multi-Objective Evolutionary Algorithms

Questa tesi di dottorato è finalizzata all'analisi aerodinamica completa e approfondita di un componente dell’elicottero, denominato beanie, che viene installato sulla parte superiore del rotore principale a copertura del mozzo. Tale componente è coinvolto nella riduzione del fenomeno del tail shake che risulta essere un problema di particolare interesse per i produttori di elicotteri come AgustaWestland, l’Azienda che ha finanziato questa ricerca. I modelli numerici di tre differenti geometrie di beanie sono stati creati e validati utilizzando specifici dati sperimentali. E’ stata svolta una dettagliata campagna di test CFD al il fine di valutare le prestazione aerodinamiche di questi componenti in diverse condizioni di esercizio. In particolare, si è focalizzata l’attenzione sull'analisi sia delle capacità del beanie di deflettere il flusso verso il basso, sia sui carichi aerodinamici che agiscono su di esso. Sulla base dei risultati ottenuti, è stato possibile ottenere una serie di nuove linee guida per la progettazione e la certificazione di questo particolare componente aerodinamico, che andranno a sostituire l’attuale metodo applicato da AgustaWestland. E’ stata poi svolta la ottimizzazione aerodinamica di uno specifico modello di beanie, l’AW101, con lo scopo di investigare nuove geometrie di questo componente che presentassero migliori capacità di deflessione verso il basso della scia e contemporaneamente fossero caratterizzate da una minore resistenza aerodinamica. L’ottimizzazione multi-obiettivo è stata realizzata usando una specifica procedura che implementa al suo interno un algoritmo evolutivo avanzato. Tra tutte le possibili soluzioni “ottime” ottenute, ne sono state scelte tre e le loro prestazioni sono state poi confrontate con quelle del modello di beanie originale. Infine è stato presentato un nuovo prototipo di beanie, denominato HBM. Il modello è stato creato con lo scopo di investigare gli effetti di una struttura cava sulle capacità del componente di deflettere verso il basso della scia. Oltre ad una analisi del modello base si è proceduto anche a uno studio parametrico per evidenziare gli effetti di alcune specifiche variabili geometriche sulle prestazioni aerodinamiche del beanie. I risultati sono incoraggianti e il modello HBM sembra avere delle caratteristiche promettenti, tuttavia è necessaria ancora un’analisi numerica dettagliata e approfondita prima che questo nuovo beanie possa essere impiegato in ambiente industriale