Catalogo dei Corsi di studio

Giuliano Coppotelli si è laureato in Ingegneria Aeronautica nel 1993, con il massimo dei voti, presso la Facoltà di Ingegneria dell'Università degli Studi "La Sapienza" - Roma, discutendo la tesi dal titolo: "Metodi di Sintesi Modale per Strutture Aeronautiche". Tale lavoro di tesi è stato svolto nell'ambito di un'attività di ricerca congiunta tra Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale e Astronautica dell'Università di Roma "La Sapienza" e l'ALENIA Aeronautica S.p.A., sede Pomigliano d'Arco (NA), per la quale l'ing. Coppotelli è risultato vincitore di una borsa di studio. La tesi di Laurea svolta è stata premiata con il 2° premio del concorso "Miglior Tesi di Laurea" bandito dall'Associazione Italiana di Aeronautica e Astronautica (AIDAA), sezione di Roma. Successivamente ha collaborato con il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale e Astronautica, della medesima Università, su tematiche pertinenti a problemi di Dinamica Strutturale. In particolare, ha analizzato diverse metodologie innovative di analisi (dirette ed indirette) per l'identificazione di danneggiamento strutturale mediante parametri globali e ha sviluppato metodologie teorico-numerico-sperimentali per l'aggiornamento di strutture, descritte agli Elementi Finiti, utilizzando dati dinamici sperimentali. Nell'ambito dello stesso rapporto di collaborazione, e nello stesso filone di
ricerca dell'identificazione strutturale, ha sviluppato delle metodologie di analisi di sensibilità aeroelastica, sia per la stabilità che per la risposta alla raffica, finalizzata allo studio del comportamento di strutture alari per velivoli di grandi dimensioni, denominate "UHCA". Nello stesso periodo, è risultato vincitore di una borsa di studio presso il "Centro Sviluppo Materiali", sede di Castel Romano (Roma), bandito dal Ministero dell'Università e della Ricerca Scientifica, su materiali innovativi ed avanzati per l'impiego in campo aerospaziale. Nell'ambito di questa attività di ricerca, ha affrontato temi di rilevante importanza tecnologica come la metallurgia delle polveri, metodologie di produzione di superleghe per mezzo della microfusione con l'ausilio della tecnica di prototipazione rapida, studio del comportamento chimico e meccanico di superleghe, materiali compositi a matrice metallica. Infine ha curato la modellizazione numerica del processo di solidificazione di superleghe per il controllo della generazione di leghe a cristalli monodirezionali e "Single-Crystal". Nel 1996 ha preso servizio, come ricercatore, presso il "Centro Italiano Ricerche Aerospaziali" (CIRA), sede di Capua (Caserta). Con tale ruolo e su progetto di ricerca finanziato dall'AGUSTA s.p.a., sede di Cascina Costa (Varese), si è occupato di problemi di aeroelasticità di ali rotanti sviluppando metodologie di analisi numerica per il miglioramento della predizione del comportamento aeroelastico dei rotori. In tale attività, non solo si è sviluppato un elemento finito monodimensionale in grado di includere gli effetti, sulla relativa dinamica strutturale, dell'immersione di tale elemento
strutturale in un campo di velocità centrale (tipico delle pale di elicottero), ma si è anche realizzata una procedura numerica in grado di predire il carico dinamico agente al mozzo come soluzione del problema aeroelastico della pala rotante. Inoltre, ha fornito supporto in attività di ricerca interna al CIRA nell'ambito dell'aeroelasticità e dinamica strutturale. Nell'Ottobre del 2000 l'ing. G. Coppotelli ha preso servizio, come ricercatore, presso il Dipartimento di Ingegneria Aeronautica ed Astronautica dell'Università di Roma "La Sapienza". Nell'Oottobre 2016 è stato nominato Professore Associato e afferisce al Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale. Nel seguito sono esposti sinteticamente gli argomenti delle pubblicazioni, i risultati ottenuti nell'ambito dei principali filoni di ricerca perseguiti nell'attuale qualifica.
a) Dinamica Strutturale
Una prima serie di attività di ricerca ha permesso di mettere a punto una metodologia innovativa teorico-numerico-sperimentale per l'aggiornamento di modelli agli elementi finiti di strutture aerospaziali a partire dalle loro caratteristiche dinamiche. La metodologia sviluppata è basata sulla sensibilità di
coefficienti di correlazione, definiti tra le funzioni di risposta in frequenza numeriche e sperimentali, a variazioni di alcuni parametri di progetto ricollegabili a variazioni di massa e rigidezza della struttura. Essa prevede la riduzione delle informazioni numeriche a quelle sperimentali, tramite le tecniche identificate comunemente in letteratura come "IRS", "SEREP" e "Craig-Bampton", e si interfaccia direttamente con gli ausili alla progettazione e codici di calcolo agli elementi finiti commerciali presentando una notevole robustezza nei confronti del rumore presente nelle misurazioni. Successivamente, la metodologia sviluppata è stata ulteriormente raffinata per affrontare problemi di aggiornamento strutturale di modelli agli elementi finiti di notevoli dimensioni, quali il modello del lanciatore VEGA-UCMEC. L'aspetto innovativo presente in tale articolo è rappresentato dalla possibilità di migliorare l'efficienza della soluzione del processo iterativo, richiesto dalla procedura di aggiornamento, attraverso la valutazione automatica del rango associato alla matrice di sensibilità dei coefficienti di correlazione. L'attività appartenente al filone di ricerca della sintesi dinamica delle strutture tramite la conoscenza di caratteristiche strutturali globali ha permesso inoltre di sviluppare una metodologia di identificazione del danneggiamento strutturale. L'approccio sviluppato utilizza le variazioni, rispetto ad una configurazione di riferimento, dei parametri modali e delle funzioni di risposta in frequenza per valutare le zone della struttura che minimizzano le differenze tra il modello dinamico di riferimento e quello assunto danneggiato. Tale processo di soluzione richiede di risolvere iterativamente un problema ai minimi quadrati per il quale sono stati proposti delle metodologie numeriche tese a ridurre i tempi e la memoria richiesta dal calcolatore per la ricerca della soluzione. La seconda serie di attività di ricerca ha permesso lo sviluppo di metodologie di stima di caratteristiche dinamiche delle strutture da dati sperimentali descriventi la risposta del sistema nelle effettive condizioni operative. L'aspetto innovativo di tali metodologie risiede nella capacità di fornire parametri utili per la sintesi dinamica di strutture utilizzando esclusivamente dati di sola uscita dall'acquisizione sperimentale consentendo una riduzione dei costi di progettazione e di sperimentazione, in quanto non è richiesta nessuna misura delle sollecitazioni in ingresso, ed inoltre una più fedele descrizione delle proprietà dinamiche delle strutture nelle effettive condizioni operative. L'attività di ricerca ha permesso di sviluppare diverse metodologie per la stima di parametri modali con dati di sola uscita attraverso l'analisi delle risposte sia nel dominio della frequenza, sia nel dominio del tempo. Inoltre, ha sviluppato una metodologia di stima delle funzioni di risposta in frequenza, attraverso la stima sperimentale delle variazioni delle frequenze proprie di vibrazione in seguito ad opportune modifiche strutturali che ha permesso l'identificazione di parametri dinamici di strutture utilizzando le sole misure delle risposte del sistema,
altrimenti impossibili da determinare nell'analisi modale basata sulla misura della risposta e dell'eccitazione. L'attività di ricerca mirata allo sviluppo di tecniche di identificazione di parametri modali da dati sperimentali ha permesso inoltre lo sviluppo di metodologie di stima dei parametri elastici, inerziali e tecniche di prove sperimentali, mentre l'identificazione di sistemi dinamici ha permesso l'analisi di strutture di lanciatori e di formulare una metodologia per l'integrazione dell'analisi fluido-stutturale per la predizione della risposta e della stabilità aeroelastica. Sono attualmente in corso attività di ricerca congiunta con l'University of Bristol (UTC - AW coordinata dal Prof. D.J. Ewins) per valutare la robustezza delle tecniche di analisi modale quando applicate per l'identificazione del comportament dinamico di strutture elicotteristiche. Tale argomento è anche arricchito dallo scambio culturale proveniente dalla partecipazione al gruppo di lavoro GARTEUR - AG 19. Infine, basandosi su concetti di sintesi strutturale e di progettazione nell'ambito dell'ottimizzazione multidisciplinare integrata, ha collaborato alla progettazione preliminare di velivoli non convenzionali, caratterizzati da struttura alare tipo Box-Wing, e di velivoli UAV.
b) Controllo delle Vibrazioni
In tale ambito ha collaborato nello sviluppo di metodologie di analisi dei materiali piezoelettrici che hanno consentito l'impiego diretto di elementi finiti attualmente presenti nelle librerie di codici commerciali e permesso un'indagine sulle effettive capacità di riduzione delle vibrazioni con un approccio di tipo passivo: l'attività svolta ha permesso di utilizzare i componenti piezoelettrici, "shuntati" con circuiti elettrici appropriati di tipo resistivo-induttivo, come sorgenti di smorzamento aggiuntivo per la struttura in grado di ridurre sensibilmente i picchi di risonanza. L'aspetto essenziale della ricerca effettuata riguarda lo sviluppo di un'analogia elettro-meccanica delle proprietà fisiche dei materiali piezoelettrici pervenendo alla definizione di una funzione complessa, rappresentante il modulo di elasticità equivalente, dipendente dalla frequenza di lavoro. Tale modello matematico è stato utilizzato per lo sviluppo di una procedura numerica di analisi agli elementi finiti delle caratteristiche di vibrazione delle strutture. Tale studio è stato effettuato
confrontando i dati previsti dalle simulazioni numeriche con quelli ottenuti dalla sperimentazione e sono state analizzate, numericamente, diverse condizioni di lavoro. A tale studio è seguita l'attività di ricerca mirata più propriamente alla riduzione delle vibrazioni in ambito elicotteristico. Tale filone di ricerca, intrinsecamente legato a quello dell'Aeroelasticità dei Rotori le cui attività sono descritte nel punto successivo, è caratterizzato dallo sviluppo di una metodologia di riduzione delle vibrazione basata sulla precedente attività di studio sui materiali piezoelettrici. A tale scopo, sono state effettuate delle verifiche numeriche e sperimentali delle effettive capacità di riduzione delle vibrazioni da parte della metodologia proposta. Inoltre, come risultato di un'attività congiunta di ricerca con la Carleton University, Ottawa, (Canada) lo scrivente ha contribuito allo svolgimento del progetto "Smart Hybrid Active Rotor Control System (SHARCS)". In tale progetto l'ing. Coppotelli ha potuto identificare i parametri dinamici, utili per una corretta definizione della legge di controllo attivo delle vibrazioni, attraverso le metodologie di stima dei parametri modali con dati di sola uscita descritte nel punto precedente. Come risultato principale dell'attività sperimentale, svolta presso il "whirl tower test facilty" del DLR in Braunschweig (D) e presso
quella della Carleton University in Ottawa, ON, Canada, è da annoverare la stima del luogo delle radici della pala in corrispondenza di diverse velocità angolari e di diverse valori della rigidezza del collegamento "pitch-link", denominato Smart Spring, che caratterizza l'intero progetto SHARCS, nonchè dimostrare preliminarmente le sue capacità di ridurre le vibrazioni.
c) Aeroelasticità dei Rotori
In questa attività è stata sviluppata una metodologia di analisi del livello vibratorio, indotto dai carichi nonstazionari trasmessi dal rotore di elicotteri, in cabina. In tale ricerca, la dinamica della pala è descritta da un modello differenziale nonlineare in cui la cinematica considera un campo di spostamenti "moderati" in grado di descrivere il moto di pali flessibili ed in cui il moto di "flap", "lag" e torsione sono accoppiate. Da un punto di vista aerodinamico, la procedura sviluppata prevede la generazione di forzanti tramite la teoria quasi-stazionaria di "Greenberg". L'integrazione del rotore con l'intera fusoliera dell'elicottero, è stata effettuata tramite lo sviluppo di una modellizzazione agli elementi finiti dell'intera cabina e della trave di coda. Come verifica delle capacità predittive dei diversi modelli aeroelastici e allo scopo di analizzare le diverse strategie di riduzione del rumore in cabina e delle vibrazione per mezzo dell'uso passivo di piezoelettrici sono state effettuate delle prove sperimentali dinamiche su "rotorcraft Unmanned Aerial Vehicle" ottenendo una soddisfacente riduzione del livello vibratorio. Nell'ambito della già citata collaborazione scientifica con la Carleton University, è stato possibile effettuare le prime analisi modali sperimentali atte alla valutazione dell'effetto di un attuatore piezoelettrico, da utilizzare per un controllo di tipo IBC, sui parametri dinamici di un pala di elicottero. Come ulteriore sviluppo dell'attività di ricerca sull'aeroelasticità dei rotori di elicottero, il candidato ha affrontato lo studio della dinamica delle pale adibite alla produzione di energia elettrica dall'energia eolica. In tale attività di ricerca ha contribuito alla corretta impostazione del problema aeroelastico per la predizione delle caratteristiche di efficienza e di prestazione, praticamente ignorato nelle recenti pubblicazioni scientifiche in ambito del "wind energy". In particolare è stato proposto un approccio per la valutazione delle caratteristiche di risposta aeroelastica delle pale di generatore eolico nell'ambito di una collaborazione di ricerca scientifica con la "Clarkson University", Potsdam, NY - USA. Il Prof. Giuliano Coppotelli, ha anche svolto, ed è attualmente coinvolto, in attività di ricerca per il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale e commissionata dalla AVIO S.p.A. su tematiche inerenti alla caratterizzazione del comportamento dinamico del lanciatore VEGA. In tali attività, è stata sviluppata a) una metodologia di analisi vibro-acustica in seguito alle oscillazioni di pressione indotte dal funzionamento del motore a propellente solido P80 ottenendo un eccellente correlazione con i dati sperimentali acquisiti nel corso della prova di tiro al banco; b) delle metodologie per la caratterizzazione delle proprietà dinamiche del grano di propellente solido impiegato dal lanciatore; c) lo sviluppo di metodologie per la pre e post analisi dei dati provenienti prove di vibrazione su tavolo vibrante. In questa ultima attività di ricerca, non solo sono state sviluppate ed applicate tecniche d'identificazione del posizionamento ottimo dei sensori per una identificazione del comportamento dinamico della struttura,
che sia ottima nel range di frequenze di interesse, ma anche sviluppate metodologie di identificazione delle proprietà dinamiche del lanciatore a partire dalla valutazione dei soli dati di risposta del sistema stesso durante le prove al tavolo vibrante. Inoltre, ha effettuato delle attività di analisi dinamica strutturale mirate alla progettazione e sviluppo di antenne a banda larga per impiego aerospaziale per conto della TeS Teleinformatica e Sistemi srl di Roma e ha svolto attività di ricerca per conto del Dipartimento di Meccanica e Aeronautica, dell'Università di Roma "La Sapienza" e commissionata da ESA per la verifica aeroelastostatica del lanciatore VEGA.
Infine, è stato responsabile delle seguenti contratti di ricerca:
a) "Analisi preliminare strutturale per lo sviluppo di un aereo ultraleggero anfibio in composito" commissionato dalla LENCI Models srl, Mar/2009;
b) "The provision of tail rotor aeroservoelastic analysis of AW159 - Wildcat", commissionato da AgustaWestland, Yeovil, Bristol, UK, Oct/2009;
c) "Ground Vibration Test and Flutter Prediction on Ultralight Aircraft Blackshape CF300", commissionato da Blackshape SpA, 08/2012;