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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