Vibrazioni degli elicotteri

1. CARICHI AL MOZZO Risoluzione:metodoHarmonic-Balance PZT COME SMORZATORI PASSIVI Per il calcolo del livello vibratorio in cabina sono stati considerati 10 punti sparsi su tutta la fusoliera, nelle zone di maggiore interesse [M.Nash, 2003] Posizionamento dei piezoelettrici: Valutazione di 5 configurazioni Sintonizzazione nell’intorno di 2/rev (38° modo proprio) Le matrici M,C,K dipendono esplicitamente dallo stato e da Ψ = Ωt. Separando la parte costante da quella non lineare e tempo variante RIDUZIONE DELLE VIBRAZIONI CENNI DI AEROELASTICITA’ DEL ROTORE Conclusioni E’ possibile determinare il livello vibratorio della fusoliera: Carico alla radice m-ma pala (m=1 ... N) funzione periodica di Ψm = Ψ+mΔΨ (ΔΨ = 2π/N) Conversione dell’energia di deformazione in energia elettrica e dissipazione in circuiti resistivi o induttivi collegati ai morsetti del dispositivo (Effetto piezoelettrico diretto) Si sono considerati i carichi al mozzo alle armoniche 2/rev e 4/rev Per la sintonizzazione dei piezoelettrici è necessaria la conoscenza dei modi di vibrazione propria del modello di elicottero nell’intorno delle armoniche considerate Hp: periodicità del carico Possibilità di esprimere forzante e coordinate generalizzate in serie di Fourier, utilizzando Nfoutermini nello sviluppo ELEVATO LIVELLO VIBRATORIO Vibrazioni degli elicotteri TECNICHE DI RIDUZIONE Controllo attivo: efficiente riduzione dei carichi vibratori in condizioni di progetto aumento di peso elevati consumi manutenzione e controllo Valutazione di una serie di strategie di posizionamento di dispositivi piezoelettrici di riduzione passiva delle vibrazioni di un modello di elicottero agli elementi finiti. Scelta della strategia migliore tra quelle proposte, per la riduzione delle vibrazioni alle frequenze discrete 2/rev e 4/rev. Equazioni di equilibrio dinamico Carichi aeroelastici • diminuzione del comfort • aumento del carico di lavoro del pilota • affaticamento strutturale • malfunzionamento degli equipaggiamenti elettronici • difficoltà nelle operazioni di puntamento Hp: pala equilibrata Fonti di vibrazione • ROTORE • pendabs • RBA • HHC • IBC Taglio verticale m-ma pala Caratteristiche PZT: modello QP10N (ACX) Relazioni cinematiche Leggi costitutive Modello aerodinamico variazione dei carichi aerodinamici sulla pala durante rotazione in volo avanzato Taglio nel piano Side force Drag force Discretizzazione alla Galerkin Zone di inserimento dei dispositivi: • Rotoreprincipale • Rotore di coda • Motore • Trasmissione Problema diretto: assegnate le leggi di controllo allo swash-plate Riduzione del livello vibratorio del 36.5% in 4 condizioni di volo differenti tramite l’utilizzo di 734 elementi piezoelettrici Superficie totale occupata del 3.67%. Incremento di peso molto contenuto (0.148%) Riduzione passiva: riduzione dell’ampiezza di vibrazione risultante sulla fusoliera aumento di peso adattabilità nulla Sintonizzazione spaziale Sintonizzazione in frequenza • pavimentazione • tetto • muso • piastre laterali • Procedura iterativa: • Valutazione delle forze generalizzate e calcolo dei coefficienti di Fourier (c0 c1 d1..) • Ricostruzione dello stato tramite il calcolo dei relativi coefficienti di Fourier (a0 a1 b1..) • Valutazione di un criterio di arresto Il mozzo si comporta da FILTRO trasmettendo solo le armoniche a pN/rev Momento torcente • FUSOLIERA • assorbitore dinamico • Nodamatic • ACSR • DAVI VIBRAZIONE:risposta oscillatoria dell’elicottero e di tutti i componenti non rotanti alle forze e momenti al mozzo. In volo avanzato le forze alla radice della pala vengono trasmesse al mozzo e provocano una vibrazione periodica dell’elicottero. Materiali piezoelettrici: BASSO COSTO INCREMENTO DI PESO MOLTO CONTENUTO AFFIDABILITA’ ED EFFICIENZA FACILITA’ DI IMPIEGO Configurazione delle pale in rotazione Carichi alla radice delle pale interazione del suo campo aerodinamico con fusoliera, rotore di coda, piani di coda • semplificazione del problema di riduzione • le armoniche più basse sono cancellate al mozzo Determinazione del livello vibratorio della fusoliera alle armoniche pN/rev trasmesse al mozzo Modo # 38 (f = 14.132 Hz) Modo # 69 (f = 28.147 Hz) [W.Johnson – Helicopter Theory] 2/rev = 14.123 Hz 4/rev = 28.246 Hz Momenti di Picchiata e rollio CASO INDUTTIVO (RLC) Analogia formale con l’assorbitore dinamico Ottimizzazione dei parametri elettrici del sistema PZT CASO RESISTIVO (RC) MODELLIZZAZIONE DEI PZT AGLI E.F. Rigidezza dipendente dalla frequenza: (analogia viscoelastica) Circuito induttivo Circuito resistivo Scelta di R in modo tale da avere il massimo smorzamento alla frequenza ωn