L'industria aerospaziale vive un momento di transizione verso configurazioni sempre meno convenzionali sia nel settore aeronautico dove sono previsti velivoli Blended-Wing-Body entro il 2035, che in quello spaziale dove l'evoluzione delle configurazioni dei lanciatori prevede un significativo incremento del carico pagante a bordo.
In questo quadro di avanzati ed ambiziosi obiettivi, l'implementazione di leggi di guida dei veicoli aerospaziali che si basino sul loro effettivo comportamento quando soggetti allo stress di manovra e alle azioni di controllo, diviene sempre più un aspetto critico. La flessibilità della struttura, normalmente non considerata nelle fasi di progettazione preliminare delle leggi di controllo, è sempre più elevata in seguito all'utilizzo di materiali sempre più leggeri. L'ottimizzazione strutturale, se da un lato è in grado di ridurre il peso della struttura, dall'altro genera soluzioni progettuali dove le frequenze vibratorie sono vicine alle frequenze tipiche della dinamica del volo, generando problemi di accoppiamento tra gradi di libertà elastici e di corpo rigido e rendendo così più complesso il design delle leggi di controllo.
L'obiettivo della ricerca è quello di sviluppare metodologie avanzate per velivoli in manovra e lanciatori nella fase atmosferica della missione, validate anche col supporto sperimentale, che tenga conto degli effetti della flessibilità strutturale e che preveda fasi di modellazione integrata, finalizzati al design preliminare delle leggi di controllo. Gli effetti della flessibilità sul controllo dei veicoli aerospaziali sono considerati a valle della realizzazione prototipale e non in fase preliminare di progetto, tipicamente per i costi che tale approccio può implicare in termini di risorse umane e carico computazionale. Si propone in particolare lo sviluppo di modelli di ordine ridotto che consentano di considerare gli effetti della flessibilità strutturale sin dalle fasi preliminari di sintesi del controllo.
I proponenti vogliono affrontare la sfida di caratterizzare un sistema fisico complesso, obiettivo che implica la capacità di operare su di un ampio spettro di aree di ricerca. Gli aspetti chiave del progetto riguardano infatti lo sviluppo di capacità di modellazione multi-fisica (twin digitale) per la quantificazione degli effetti della flessibilità strutturale (struttura) sul progetto delle leggi di controllo di velivoli e lanciatori considerando non solo gli effetti sulle forze aerodinamiche (aerodinamica) dovuti all'azionamento dei controlli (effetti desiderati) ma anche quelli dovuti alla flessibilità medesima del velivolo (effetti non desiderati).
I metodi proposti, sviluppati in un quadro di progettazione integrata preliminare ad un numero ridotto di gradi di libertà (ROM, Reduced Order Model) sono ben oltre lo stato dell'arte, poiché mirano a descrivere e a controllare il comportamento totalmente accoppiato dei modelli a livello di sistema e sottosistema, in contrasto con l'approccio classico che si concentra sulle singole discipline.
Le attuali pratiche di progettazione aeronautica e, ancor più, dei lanciatori, non tengono alcun conto degli effetti della flessibilità strutturale nella fase preliminare di progetto delle leggi di controllo, assumendo che il velivolo e le sue parti siano descrivibili come corpi rigidi. D'altro canto, non sono disponibili metodi sperimentali, teorici o numerici che lo modellizzino adeguatamente nella fase di progettazione preliminare. Le potenziali capacità della metodologia proposta costituirebbero quindi un cambiamento significativo nella progettazione aeronautica e dei lanciatori. Il contributo di tale attività di ricerca, mira quindi a far progredire le capacità della progettazione preliminare aeronautica e dei lanciatori per aumentare la competitività internazionale dell'industria aeronautica e spaziale.
L'applicazione di metodi e strumenti sviluppati nel presente contesto può essere inoltre estesa ad altri settori dell'ingegneria come quelli relativi al design delle leggi di controllo nel trasporto marittimo ad alte prestazioni, a quello veicolistico da competizione su strada: alcuni significativi esempi sono la rivoluzione in campo navale nelle grandi competizioni internazionali nelle quali i moderni scafi sono guidati e navigano oramai in ambiente multi-fisico aria-acqua e quella avviata da più tempo dalla veicolistica da competizione su strada che fa uso attivo di superfici di controllo.
Inoltre, questi aspetti di ricaduta hanno ad oggi rilevanza ancor maggiore se si inquadrano nell'ottica futura dei trasporti nelle smart cities in cui la guida autonoma di mezzi aerei (Urban Air Mobility) avrà un ruolo sempre maggiore richiedendo modelli multidisciplinari ed integrati dei veicoli di sempre maggiore fedeltà fisica da un lato ed efficienza computazionale dall'altro per consentire in tempo minimo lo sviluppo integrato del design.
Lo sviluppo di metodi e modelli descritti e la loro integrazione in un quadro di progettazione aeronautica e dei lanciatori è considerato un potenziale enorme sia se applicato ad aggiornamenti di configurazioni già esistenti, sia applicato su configurazioni di nuova generazione.