Longitudinal dynamics modeling and handling qualities of a conventional jet aircraft

Un noto centro di ricerca europea ha recentemente modificato un jet convenzionale di classe CS-25 in una piattaforma scientifica. Durante il processo di certificazione delle modifiche, l’impatto delle stesse sulle prestazioni è stato studiato in modo esaustivo. Per lo studio delle qualità di volo, i piloti collaudatori hanno sviluppato una procedura di certificazione ad hoc che consiste in test qualitativi separati della stabilità longitudinale, laterale e direzionale. L’obiettivo della tesi è analizzare i dati di volo, registrati durante i test di collaudo, con l'obiettivo di estrarre informazioni di carattere quantitativo circa la stabilità longitudinale del velivolo modificato. In primo luogo sono state analizzate tre diverse modifiche apportate all’aeromobile e successivamente i risultati sono stati messi a confronto per capirne l’influenza sulle qualità di volo dell’aeromobile. Le derivate aerodinamiche sono state stimate utilizzando la cosiddetta “identificazione dei parametri”, che mira a replicare le variabili registrate durante i test di volo, variando un dato insieme di coefficienti all’interno del modello linearizzato della dinamica dell’aeromobile. L'identificazione del modo di corto periodo ha consentito l'estrazione dei suoi parametri caratteristici, quali il rapporto di smorzamento e la frequenza naturale. La procedura ha consentito inoltre di calcolare il cosiddetto “Control Anticipation Parameter” (CAP), parametro caratterizzante delle qualità di volo di un aeroplano. I risultati ottenuti sono stati messi a confronto con i requisiti prescritti dalla normativa MIL-STD-1797-A, risultando conformi al livello più alto di qualità di volo.

Studio dell'interazione tra un plasma jet nanopulsato con substrati metallici, dielettrici e liquidi

Il plasma è denominato quarto stato della materia ed è generalmente definito come un gas ionizzato costituito da elettroni e ioni. In ambito industriale i plasmi hanno trovato impiego per diversi tipi di applicazione quali il trattamento di superfici, la degradazione e lo smaltimento di rifiuti, il taglio di materiali, primi fra tutti i metalli. In particolare i plasmi atmosferici di non equilibrio, che possiedono la caratteristica di mantenere una temperatura macroscopica paragonabile a quella ambiente, sono studiati anche per applicazioni in campo biomedicale, oltre che in quello industriale. Da alcuni anni sono quindi oggetto di indagine per le caratteristiche di sterilizzazione di fluidi o solidi, per la coagulazione e il trattamento di lesioni e lacerazioni, per trattamenti su superfici quali la pelle, per il trattamento di cellule tumorali e staminali o per interfacce dispositivi biomedicali – corpo umano. Questo nuovo settore di ricerca, in grande sviluppo, viene comunemente definito Plasma & Medicine. Poiché in ambito biomedicale, un trattamento plasma può interessare diverse tipologie di substrati biologici e materiali, è stato scelto come obiettivo della tesi la caratterizzazione di una sorgente di plasma di non equilibrio a pressione atmosferica, denominata Plasma Jet, posta ad interagire con substrati di diversa natura (metallico, dielettrico, liquido). La sorgente utilizzata è in grado di produrre un plasma freddo e biocompatibile, generando diverse specie chimiche che garantiscono effetti molto interessanti (sterilizzazione, accelerazione della coagulazione sanguigna, cura di infezioni) per un utilizzo a contatto con il corpo umano o con componenti ingegneristiche che devono venire ad interagire con esso, quali stent, cateteri, bisturi. La caratterizzazione è stata effettuata mediante l’ausilio di due tecniche diagnostiche: la Schlieren Imaging, che permette di studiare la fluidodinamica del gas, OES (Optical Emission Spettroscopy), che permette di analizzare la composizione chimica della piuma di plasma e di determinare le specie chimiche che si producono. Questo elaborato si propone quindi di fornire una breve introduzione sul mondo dei plasmi e sulle loro caratteristiche, citando alcuni dei settori in cui viene utilizzato, industriali e biomedicali, con particolare attenzione per questi ultimi. Successivamente saranno riportati i setup utilizzati per le acquisizioni e una discussione sui risultati ottenuti dalle diverse tecniche diagnostiche utilizzate sul Jet durante i trattamenti. In ultimo sono poi riportate le conclusioni in modo da presentare le caratteristiche più importanti del comportamento della sorgente.

Experimental characterization of a planar jet by hot-wire anemometry

The study of turbulence is also nowadays a problem that does not have solution from the mathematical point of view due to the lack of solution to link the mean part of the flow with the fluctuating one. To solve this problem, in the CICLoPE laboratory of Predappio, experiments on different type of jets are performed in order to derive a closure model able to close our mathematical model. One of the most interesting type of jet that could be studied is the planar turbulent free jet which is a two dimensional canonical jet characterized by the self-similarity condition of the velocity profiles. To study this particular jet, a new facility was built. The aim of this project is to characterize the jet at different distances from the nozzle exit, for different values of Reynolds number, to demonstrate that the self-similarity condition is respected. To do that, the evaluation of quantities such as spreading rate, centerline velocity decay and relation between fluctuations and mean part of the flow has to be obtain. All these parameters could be detected thanks to the use of single and X hot-wire anemometry with which it is possible to analyzed the fluctuating behaviour of the flow by associating to an electric signal a physical variable expressed in terms of velocity. To justify the data obtain by the measures, a comparison with results coming from the literature has to be shown.

Development and Automatization of a Planar Jet Wind Tunnel for the X-wire Calibration

The scope of this study is to design an automatic control system and create an automatic x-wire calibrator for a facility named Plane Air Tunnel; whose exit creates planar jet flow. The controlling power state as well as automatic speed adjustment of the inverter has been achieved. Thus, the wind tunnel can be run with respect to any desired speed and the x-wire can automatically be calibrated at that speed. To achieve that, VI programming using the LabView environment was learned, to acquire the pressure and temperature, and to calculate the velocity based on the acquisition data thanks to a pitot-static tube. Furthermore, communication with the inverter to give the commands for power on/off and speed control was also done using the LabView VI coding environment. The connection of the computer to the inverter was achieved by the proper cabling using DAQmx Analog/Digital (A/D) input/output (I/O). Moreover, the pressure profile along the streamwise direction of the plane air tunnel was studied. Pressure tappings and a multichannel pressure scanner were used to acquire the pressure values at different locations. Thanks to that, the aerodynamic efficiency of the contraction ratio was observed, and the pressure behavior was related to the velocity at the exit section. Furthermore, the control of the speed was accomplished by implementing a closed-loop PI controller on the LabView environment with and without using a pitot-static tube thanks to the pressure behavior information. The responses of the two controllers were analyzed and commented on by giving suggestions. In addition, hot wire experiments were performed to calibrate automatically and investigate the velocity profile of a turbulent planar jet. To be able to analyze the results, the physics of turbulent planar jet flow was studied. The fundamental terms, the methods used in the derivation of the equations, velocity profile, shear stress behavior, and the effect of vorticity were reviewed.