Metodi di ottimizzazione morfologica nel progetto preliminare di propulsori aeronautici avanzati

The aim of this Doctoral Thesis is to develop a genetic algorithm based optimization methods to find the best conceptual design architecture of an aero-piston-engine, for given design specifications. Nowadays, the conceptual design of turbine airplanes starts with the aircraft specifications, then the most suited turbofan or turbo propeller for the specific application is chosen. In the aeronautical piston engines field, which has been dormant for several decades, as interest shifted towards turboaircraft, new materials with increased performance and properties have opened new possibilities for development. Moreover, the engine’s modularity given by the cylinder unit, makes it possible to design a specific engine for a given application. In many real engineering problems the amount of design variables may be very high, characterized by several non-linearities needed to describe the behaviour of the phenomena. In this case the objective function has many local extremes, but the designer is usually interested in the global one. The stochastic and the evolutionary optimization techniques, such as the genetic algorithms method, may offer reliable solutions to the design problems, within acceptable computational time. The optimization algorithm developed here can be employed in the first phase of the preliminary project of an aeronautical piston engine design. It’s a mono-objective genetic algorithm, which, starting from the given design specifications, finds the engine propulsive system configuration which possesses minimum mass while satisfying the geometrical, structural and performance constraints. The algorithm reads the project specifications as input data, namely the maximum values of crankshaft and propeller shaft speed and the maximal pressure value in the combustion chamber. The design variables bounds, that describe the solution domain from the geometrical point of view, are introduced too. In the Matlab® Optimization environment the objective function to be minimized is defined as the sum of the masses of the engine propulsive components. Each individual that is generated by the genetic algorithm is the assembly of the flywheel, the vibration damper and so many pistons, connecting rods, cranks, as the number of the cylinders. The fitness is evaluated for each individual of the population, then the rules of the genetic operators are applied, such as reproduction, mutation, selection, crossover. In the reproduction step the elitist method is applied, in order to save the fittest individuals from a contingent mutation and recombination disruption, making it undamaged survive until the next generation. Finally, as the best individual is found, the optimal dimensions values of the components are saved to an Excel® file, in order to build a CAD-automatic-3D-model for each component of the propulsive system, having a direct pre-visualization of the final product, still in the engine’s preliminary project design phase. With the purpose of showing the performance of the algorithm and validating this optimization method, an actual engine is taken, as a case study: it’s the 1900 JTD Fiat Avio, 4 cylinders, 4T, Diesel. Many verifications are made on the mechanical components of the engine, in order to test their feasibility and to decide their survival through generations. A system of inequalities is used to describe the non-linear relations between the design variables, and is used for components checking for static and dynamic loads configurations. The design variables geometrical boundaries are taken from actual engines data and similar design cases. Among the many simulations run for algorithm testing, twelve of them have been chosen as representative of the distribution of the individuals. Then, as an example, for each simulation, the corresponding 3D models of the crankshaft and the connecting rod, have been automatically built. In spite of morphological differences among the component the mass is almost the same. The results show a significant mass reduction (almost 20% for the crankshaft) in comparison to the original configuration, and an acceptable robustness of the method have been shown. The algorithm here developed is shown to be a valid method for an aeronautical-piston-engine preliminary project design optimization. In particular the procedure is able to analyze quite a wide range of design solutions, rejecting the ones that cannot fulfill the feasibility design specifications. This optimization algorithm could increase the aeronautical-piston-engine development, speeding up the production rate and joining modern computation performances and technological awareness to the long lasting traditional design experiences.

Progetto di un convertitore di potenza da sorgenti fotovoltaiche in regime di basso irraggiamento

L’obiettivo di questa tesi è il progetto di un convertitore di potenza di tipo low power da applicare a sorgenti fotovoltaiche in regime di basso irraggiamento. Il convertitore implementa un controllo con inseguimento del punto di massima potenza (maximum power point tracking) della caratteristica della sorgente fotovoltaica. Una prima parte è dedicata allo studio delle possibilità esistenti in materia di convertitori e di algoritmi di MPPT. Successivamente, in base alle specifiche di progetto è stata selezionata una combinazione ottimale per l'architettura del convertitore di potenza in grado di bilanciare efficienza dell'algoritmo di controllo e requisiti intrinseci di potenza.

Progetto di scheda a microcontrollore per la telemetria di veicoli elettrici

In un'epoca in cui l'informatizzazione si diffonde a macchia d'olio in ogni aspetto della vita quotidiana e la possibilità di essere connessi ad internet risulta vitale per aggiornarsi o anche semplicemente per mantenere contatti è possibile e allo stesso tempo necessario cercare di sfruttare la rete nel migliore dei modi in ambito lavorativo, per migliorare i propri prodotti e cercando di offrire all'utente beni e servizi sempre migliori, al passo coi tempi e col pensiero moderno. É in questo ambiente che la connettività si rende necessaria anche nel settore dell'automobile in modo da gestire in maniera efficiente l'enorme quantità di dati scambiati dalle varie sottoparti del sistema il cui compito è quello di supervisionare i componenti elettronici e meccanici. L'obiettivo è quello quindi di centralizzare ed elaborare le informazioni in modo da semplificare ed ottimizzare la gestione del veicoli per ottenere importanti vantaggi dalla fase di test fino a quella di utilizzo, passando per quella di manutenzione. Per questo risulta fondamentale, nell'epoca in cui viviamo, concedere la possibilità al veicolo di interagire con la rete internet in modo da poter sfruttare tutti i vantaggi comunicativi, siano essi con l'ambiente circostante o con persone, che essa prevede. Una volta quindi trovato il modo di interfacciarsi con la rete e sviluppato un software adeguato è fondamentale implementare fisicamente il dispositivo in modo da ottenere un dispositivo altamente integrabile nel sistema veicolo in modo da non alterare in maniera significativa la disposizione dei componenti di base (meccanici, elettrici ed elettronici) dell'automobile elettrica. È in quest'ottica che s'inserisce il progetto di una scheda per una vera e propria telemetria del veicolo elettrico con l'obiettivo di ottenere un sistema ad hoc, ma che mantenga una molteplicità di interfacce che permettano al dispositivo di rimanere aggiornato con l'evoluzione in atto relativa alle tecniche e ai protocolli (standard) di comunicazione permettendo quindi comunicazioni tramite rete ethernet, Wi-Fi o GPRS, cercando anche di sfruttare sistemi di posizionamento come il GPS. Per questo motivo si è cercato di realizzare la scheda seguendo la filosofia dei sistemi embedded, architetture il cui compito è quello di eseguire operazioni molto specifiche spesso con vincoli sull'esecuzione in tempo reale. Questo permette di ridurre al minimo l'hardware in termini di spazio, consumo e costo di realizzazione. Queste dispositivi si sono evoluti recentemente virando sulla creazione di architetture modulari che permettono il riutilizzo delle risorse disponibili; in questo modo si ottengono comunque dispositivi ottimizzati ma in grado di mantenere un certo tipo di flessibilità nello sviluppo delle applicazioni e allargando quindi lo spettro dei possibili impieghi. Secondo questi principi si è cercato quindi di realizzare la scheda in modo che implementasse e realizzasse il software dedicato alla comunicazione del veicolo con internet ma che, grazie all'hardware a disposizione, potesse essere programmata da mani esperte anche per numerosi utilizzi alternativi e resa quindi disponibile all'utente finale in possibili forme. In questo è risultato fondamentale l'utilizzo della piattaforma Arduino, basata sul microcontrollore ATmega328, che permette appunto una rapida espansione fisica del sistema.

Sviluppo di un ambiente per il progetto concettuale ed il disegno automatico dei dirigibili

Presentazione dello sviluppo di un ambiente per il progetto concettuale ed il disegno automatico dei dirigibili: inserendo le specifiche di missione è possibile visualizzare alcuni dati preliminari utili al dimensionamento, alla stima dei pesi, alla definizione dell'apparato propulsivo. L'integrazione con un modello 3D parametrico sviluppato in solidworks permette poi di ottenere un semplice modello del dirigibile da utilizzare come punto di partenza per ulteriori analisi. Sono inclusi alcuni casi di studio in cui si presenta come può essere utilizzato l'ambiente. Vengono inoltre indicati alcuni possibili margini di miglioramento.

La rocca di Fossombrone. Progetto di conservazione e valorizzazione della rovina.

L'oggetto della tesi è la rocca feltresca di Fossombrone, cittadina in provincia di Pesaro-Urbino, in parte attribuita a Francesco di Giorgio Martini. Dopo un'approfondita analisi storica ed evolutiva dell'oggetto, si sono studiati attentamente i suoi sistemi costruttivi, al fine di delineare un progetto di restauro principalmente conservativo. Il progetto propone anche la realizzazione di una copertura che abbia lo scopo sia di contribuire alla conservazione e protezione dei resti di murature antiche, sia di consentire un'accesso protetto in una ritrovata fruibilità della rocca.

Waterfront di Città. Rigenerazione urbana e progetto degli spazi pubblici nella Darsena di Ravenna

Questo lavoro si pone in continuità rispetto al Laboratorio di Sintesi “La città e le case”, nel corso del quale si sono condotti un’analisi del territorio di Ravenna, in particolar modo della Darsena di Città, e uno studio dei possibili scenari di rigenerazione urbana dell’area industriale dismessa del canale Candiano. L’area della Darsena è stata “dimenticata” dagli strumenti di pianificazione per molto tempo, soltanto a partire dagli anni ’90 l’Amministrazione Comunale si è interessata al suo recupero, senza però particolare successo. L’intento di questo lavoro è quello di ripensare l’intero comparto della Darsena di Città attraverso un progetto di rigenerazione urbana che miri a collegare quest’area con la città storica e a ricreare il rapporto tra questa e l’acqua attraverso più fasi distribuite nell’arco dei prossimi 30 anni. Il progetto si pone in continuità con la città esistente ma allo stesso tempo punta a migliorarne alcuni aspetti critici: la mancanza dell’affaccio della città sull’acqua, la cesura nel tessuto urbano dovuta alla presenza dell’infrastruttura ferroviaria e della darsena. Le modalità di sviluppo del progetto per Ravenna riprendono l’esperienza tedesca di HafenCity ad Amburgo dove, dopo un masterplan generale per tutta l’area portuale da recuperare, si è proceduto con concorsi per ciascun edificio così da ottenere una grande varietà architettonica. Maggiore attenzione viene data al progetto degli spazi pubblici poiché la fruizione di essi da parte della collettività e l’attaccamento a questi luoghi possono essere gli elementi trainanti per la riqualificazione dell’intera area. Il progetto degli spazi pubblici è pensato come un sistema unitario poiché deve essere l’elemento che guida, “coordina” e uniforma il progetto del costruito.

Il linguaggio degli ambienti virtuali culturali: comunicare la storia di Bologna attraverso il progetto Nu.M.E.

The contemporary media landscape is characterized by the emergence of hybrid forms of digital communication that contribute to the ongoing redefinition of our societies cultural context. An incontrovertible consequence of this phenomenon is the new public dimension that characterizes the transmission of historical knowledge in the twenty-first century. Awareness of this new epistemic scenario has led us to reflect on the following methodological questions: what strategies should be created to establish a communication system, based on new technology, that is scientifically rigorous, but at the same time engaging for the visitors of museums and Internet users? How does a comparative analysis of ancient documentary sources form a solid base of information for the virtual reconstruction of thirteenth century Bologna in the Metaverse? What benefits can the phenomenon of cross-mediality give to the virtual heritage? The implementation of a new version of the Nu.M.E. project allowed for answering many of these instances. The investigation carried out between 2008 and 2010 has shown that, indeed, real-time 3D graphics and collaborative virtual environments can be feasible tools for representing philologically the urban medieval landscape and for communicating properly validated historical data to the general public. This research is focused on the study and implementation of a pipeline that permits mass communication of historical information about an area of vital importance in late medieval Bologna: Piazza di Porta Ravegnana. The originality of the developed project is not limited solely to the methodological dimension of historical research. Adopted technological perspective is an excellent example of innovation that digital technologies can bring to the cultural heritage. The main result of this research is the creation of Nu.ME 2010, a cross-media system of 3D real-time visualization based on some of the most advanced free software and open source technologies available today free of charge.

Mhrauli, New Delhi, India: riqualificazione del parco archeologico e progetto di nuovi spazi museali

Lo spazio periurbano della città di Mehrauli è caratterizzato dalla massiccia presenza di reperti archeologici di importanza rilevante. L’intervento si pone come obbiettivo la valorizzazione di questo vasto patrimonio storico-culturale attraverso il progetto di un parco archeologico che alterna verde attrezzato ad un reticolo di percorsi connettivi. In particolare il parco archeologico individua un sistema museale capace di connettere il tessuto urbano della città ai reperti storici più rilevanti. Il sistema parco si connette quindi alla città attraverso la realizzazione di servizi, dove oltre al museo possono essere individuati: un mercato, un aggregato residenziale e differenti edifici che possono ospitare in maniera flessibile diverse attività.

Progetto di un museo della città a Mehrauli, New Delhi, India

Il mio lavoro di Tesi prende in considerazione la possibilità di riportare alla vita un antico luogo che ha smarrito il suo senso nella città contemporanea. Si tratta dell’area della vasca dello Hauz-i-Shamsi,suggestiva per il legame forte con l’elemento acqua. Il tema progettuale è quello di mantenere questa zona come fonte attrattiva turistica poiché sede del Museo della città di Delhi, riconnettendolo con le altre aree di interesse e con i villaggi circostanti, diventando insieme al parco archeologico di Mehrauli un grande luogo socio culturale della collettività. Risulta evidente di conseguenza, che l'architettura dell'edificio collettivo, o più semplicemente edificio pubblico, si lega indissolubilmente alla vita civile e al suo sviluppo. In tal senso l'analisi storica è il primo momento di un lavoro che tende a definirsi nell'ambito più propriamente disciplinare, progettuale, attraverso l'analisi del ruolo urbano di tali edifici. Per questo motivo i capitoli sono così suddivisi: nel primo si riportano brevi cenni sulla storia dell’India, per poi concentrarsi sulla storia delle evoluzioni urbane di Delhi fino ad arrivare alla progettazione nel XX secolo di Nuova Delhi, esempio di città di fondazione. Nel secondo capitolo si riporta un’analisi dell’area di Mehrauli con un breve elenco dei principali monumenti, fondamentali per capire l’importanza del Parco archeologico, luogo indicato come Patrimonio dell’UNESCO. Ritengo che il viaggio in India sia per un architetto un’esperienza travolgente: non a caso questa tappa ha segnato profondamente le opere e il lavoro di due maestri quali Louis I. Kahn e Le Corbusier. Ho dedicato, infatti, il terzo capitolo ad alcune considerazioni su quest’argomento. Il quarto capitolo vuole essere un’analisi delle principali architetture indiane quali padiglioni, moschee, templi sacri. Nella cultura indiana l’architettura è legata alle religioni del paese e credo che si possano capire le architetture solo dopo aver compreso la complessità del panorama religioso. Si sono analizzati anche i principi compositivi in particolare il ruolo delle geometrie sia nelle architetture tipiche, sia nella pianificazione delle città di fondazione. Il quinto capitolo è un approfondimento sul rapporto architettura-acqua. Prima con brevi cenni e foto suggestive sul rapporto nella storia dell’architettura, poi con spiegazioni sul ruolo sacro dell’acqua in India. Il sesto capitolo, infine, è un approfondimento sul progetto del Museo della città di Delhi.

Riabilitare Abilitando: progetto di restauro e riuso dell'ex Colonia Reggiana di Riccione

L’oggetto di studio di questa tesi è la Colonia Reggiana, edificio di stampo razionalista realizzata nel 1934. Obiettivo della tesi è la realizzazione un progetto di restauro e riuso per questa struttura, a seguito di un approfondita ricerca. Nelle fase iniziale si è cercato di ampliare lo sguardo uscendo dal tema proposto, con l’intenzione di comprendere il perché della nascita di questo “fenomeno colonie” che ha interessato l’Italia dalla metà dell’800 fino al secondo dopoguerra, nonché l’evoluzione del significato di queste strutture e della loro architettura nel periodo coinvolto. La seconda fase, invece, è stata impostata sull’intima conoscenza della Colonia Reggiana, partendo dal 1933 (anno in cui si ritrovano i primi documenti che riguardano tale progetto) fino ai giorni nostri: declinando gli aspetti fondamentali riscontrati nella prima fase di ricerca su questo edificio e analizzando le singole parti di ciò che a noi è pervenuto della struttura, si è potuto arrivare a rilevare molti aspetti significativi per lo sviluppo delle ipotesi progettuali. L’ultima fase è appunto caratterizzata dallo sviluppo del progetto di restauro e riuso: il concetto fondamentale che si pone alla base è quello della coerenza con le analisi effettuate e di sviluppo di un riutilizzo che possa essere adeguato alle occasioni progettuali che l’area offre.