Efeito da Sustentação Estática, Diedro e Outros Parâmetros na Determinação das Velocidades de Flutter em Caudas-T
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1 Workshop RCE 2011 Efeito da Sustentação Estática, Diedro e Outros Parâmetros na Determinação das Velocidades de Flutter em Caudas-T Por: Rafael Fávaro Foltran
2 Sumário Introdução Sustentação Estática na Aeroelasticidade Métodos de Cálculo de Sustentação Estática Estudo de Caso Aplicação de CFD Conclusão 2
3 Introdução Aeronaves com cauda-t 3
4 Introdução Estudar o efeito da sustentação estática em flutter; -O que é? -Quais são suas conseqüências? -Como implementar? Avaliar o efeito do diedro da EH em flutter; - Diedro real (geométrico) - Diedro efetivo (deformação)
5 Requisito associado RBAC (a) General. The aeroelastic stability evaluations required under this section include flutter, divergence, control reversal and any undue loss of stability and control as a result of structural deformation. ( ) Compliance with this section must be shown by analyses, wind tunnel tests, ground vibration tests, flight tests, or other means found necessary by the Administrator. AC A (6)(4)(d) Intersecting Lifting Surfaces. (...) Proper representation of modal deflections and unsteady aerodynamic coupling terms between surfaces is essential in assessing the aeroelastic stability characteristics. The in-plane forces and motions of one or the other of the intersecting surfaces may have a strong effect on aeroelastic stability; therefore, the analysis should include the effectsof steady flight forces and elastic deformations on the in-plane effects. 5
6 Sustentação Estática Distribuída ao longo da envergadura do estabilizador horizontal 1) EV C l 2) EV β C l 3) EH L Δdiedro 4) HT C n
7 Sustentação Estática Segundo Rodden (1978) e DLM considera apenas Aerodinâmica da Cauda-T envolve: Parâmetro mais importante: α
8 Método de Jennings
9 Método de Van Zyl
10 Método de Van Zyl
11 Método de Gray e Drane Força lateral Y a causada por θ
12 Método de Gray e Drane Momento de rolamento M b causado por
13 Método de Gray e Drane Momento de rolamento Mc causado por
14 Método de Gray e Drane Momento de rolamento Md causado por
15 Método de Isogai Uso de teoria de superfície sustentadora Avalia efeitos do diedro do estabilizador e sustentação estática Equações integrais modelam a distribuição de cargas assimétricas no estabilizador Equacionamento complexo, por isso o método não foi investigado a fundo
16 Matrizes Aerodinâmicas no MD/Nastran Matriz dos coeficientes de influência (AIC)
17 Matrizes Aerodinâmicas no MD/Nastran k = 2 x j
18 Resultados
19 Modelo Aeroelástico de Cauda-T
20 Modelo Aeroelástico de Cauda-T Empenagem Vertical
21 Modelo Aeroelástico de Cauda-T Empenagem Horizontal
22 Modelo Aeroelástico de Cauda-T
23 Modelo Aeroelástico de Cauda-T
24 Modelo Aeroelástico de Cauda-T
25 Modelo Aeroelástico de Cauda-T
26 Modelo Aeroelástico de Cauda-T Modelo Aerodinâmico DLM
27 Modelo Aeroelástico de Cauda-T Diagrama V-g-f Mecanismo assimétrico: Torção/flexão EV
28 Modelo Aeroelástico de Cauda-T Modo aeroelástico de flexão/torção da EV
29 Modelo Aeroelástico de Cauda-T Diagrama V-g-f Mecanismo simétrico: Torção/flexão EH
30 Modelo Aeroelástico de Cauda-T Velocidades de Flutter encontradas
31 Estudo do Diedro Gradiente de pressão na deriva em função de β Assimetria de sustentação em função do escoamento derrapado β x β y - Momento de rolamento no estabilizador devido a um ângulo de derrapagem β
32 F (N) Estudo do Diedro Bet5 diedr0 Bet5 diedr-6 Bet5 diedr ,00-4,00-2, ,00 2,00 4,00 6, y (m) Distribuição de forças ao longo da envergadura da EH para β=5o e α=0
33 Estudo do Diedro Variação de com o diedro
34 Estudo do Diedro
35 Estudo do Diedro A deformação estática Distribuição de sustentação estática no estabilizador com α=6o Distribuição de forças de inércia no estabilizador devido à nz=5
36 Estudo do Diedro A deformação estática Modelo estrutural com diedro zero Deflexão da estrutura transportada ao modelo DLM
37 Estudo do Diedro A deformação estática
38 Estudo da Sustentação Estática Método de Jennings Forças aerodinâmicas governantes: Força de sustentação estática em cada faixa i Número de faixas do estabilizador j Número de modos normais adotados
39 Estudo da Sustentação Estática Método de Jennings Método de Weissinger
40 Estudo da Sustentação Estática Método de Jennings EH dividida em 20 faixas Entradas α Forma em planta q dcl/dα
41 Estudo da Sustentação Estática Método de Jennings Distribuição de CL ao longo da envergadura da EH, com α=3o Saída q= N/m2, α=3o
42 Estudo da Sustentação Estática Método de Jennings Medição de βj, φ j, dx ij e dy ij Determina:
43 Estudo da Sustentação Estática Método de Jennings
44 Estudo da Sustentação Estática Método de Jennings
45 Estudo da Sustentação Estática Método de Jennings
46 Estudo da Sustentação Estática Método de Jennings Programação DMAP
47 Estudo da Sustentação Estática Método de Jennings
48 Estudo da Sustentação Estática Método de Jennings Diedro e Sustentação Estática no modelo em MD/Nastran Diedro e Sustentação Estática no modelo de Jennings da aeronave YC-14
49 Estudo da Sustentação Estática Método de Van Zyl Diagrama V-g do modelo desenvolvido em MD/Nastran, adaptado pelo Método de Van Zyl
50 Estudo da Sustentação Estática Método de Van Zyl Comparação dos resultados do modelo de Cauda-T
51 Problema Estudado Limitações do DLM Jennings considera, mas negligencia Van Zyl emprega as formas modais quadráticas Gray e Drane separam os termos de rigidez e amortecimento aerodinâmico Modelo aeroelástico em MD/Nastran privilegiando o mecanismo assimétrico de flutter Efeito da Sustentação Estática, Diedro e Outros Parâmetros na Determinação das Velocidades de Flutter
52 Comparação de Resultados Parâmetro Variação Resultado Vflutter Diedro real da EH Diedro aparente EH 1 o 2,5% 3 o 6% α por Jennings 1 o 3,8% α por Van Zyl 1 o 4,0% Efeito da Sustentação Estática, Diedro e Outros Parâmetros na Determinação das Velocidades de Flutter
53 Análise CFD de Flutter de cauda-t CFD permite avaliar: Efeito da sustentação estática na EH Cargas no plano Efeitos transônicos 53
54 Análise CFD de Flutter de cauda-t DLM Clássico Muito eficiente no regime subsônico Baixo custo computacional Modelo em CFD Fiel à geometria Interferência da EV e EH Efeitos viscosos e de compressibilidade Alto custo computacional para modelar e rodar as análises 54
55 Modelo CFD Malha FEM e CFD não coincidentes e móveis. Criação de um modelo de ordem reduzida 55
56 Modos de interesse Modo 7: rotação do leme - 1,73 Hz Modo 12: flexão da deriva - 6 Hz 56 Modo 14: rolagem estabilizador - 6,2 Hz
57 Integração modelo FEM CFD Definir parâmetros fixos e ajustáveis Estimar parâmetros de trimagem iniciais Fim Convergiu? Solução CFD Solução FEM Nova posição de trimagem Verificar convergência da mecânica de vôo Deformar domínio CFD Mach 0,8 Vflutter CFD = 130m/s Vflutter DLM = 160m/s 57
58 Conclusão Não observar a sustentação estática em cálculo de flutter em aeronaves com cauda-t pode impactar a segurança de voo. Existem métodos analíticos para prever estes efeitos e são úteis para substanciar o cumprimento com o RBAC
59 59 Questionamentos e discussões
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