Aeroelasticidad a medida del ala compuesta del demostrador tecnológico de tiltrotor civil de próxima generación
Autores: Marano, Aniello Daniele; Belardo, Marika; Beretta, Jacopo; Starace, Filomena; Orlando, Salvatore; Punzi, Claudio; Frajese, Raffaele; Paletta, Nicola; Di Palma, Luigi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Aeroelasticidad a medida del ala compuesta del demostrador tecnológico de tiltrotor civil de próxima generación
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Ala
Aeroelástica
Estabilidad
Tiltrotores
Diseño
Materiales compuestos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 34
Citaciones: Sin citaciones
La estructura del ala del tiltrotor es una de las estructuras más críticas y estudiadas en el diseño debido a la necesidad fundamental de considerar las interacciones entre el ala, el pilón y los sistemas de rotor para lograr la estabilidad aeroelástica de la aeronave. De hecho, en vuelo hacia adelante a alta velocidad, la rigidez flexional y torsional del ala desempeñan roles fundamentales en la estabilidad de giro. Otra preocupación específica de los tiltrotors es la colocación de modos dinámicos; es necesario colocar adecuadamente los modos de flexión del ala lejos de las frecuencias de forzado del rotor. En este trabajo se presentan los principales requisitos de estabilidad aeroelástica y dinámica, así como el flujo del proceso de diseño del ala para la próxima generación de tiltrotors civiles. En este contexto, el uso de materiales compuestos juega un papel fundamental en el intento de satisfacer los requisitos, con el objetivo perpetuo de minimizar el peso estructural. Se proporciona una visión general de los modelos idealizados y adoptados para el análisis de resistencia, aeroelasticidad y flutter de giro. El enfoque principal fue el proceso de adaptación aeroelástica. Para satisfacer, al mismo tiempo, todos los requisitos de dinámica estructural y estabilidad aeroelástica, el mejor compromiso, con una penalización de peso aceptable, fue la mezcla de dos soluciones metodológicas: agregar cinta unidireccional en las zonas de las pieles superior e inferior para la frecuencia de flexión fuera del plano y agregar un número adecuado de capas de tela a +/-45 grados en las ubicaciones de la piel con el mayor valor de energía de deformación para los modos torsionales en el plano. Los resultados muestran que el método propuesto basado en el análisis de energía de deformación modal permite un diseño de ala adaptada aeroelásticamente para el tiltrotor. Puede emplearse fácilmente en aplicaciones similares (por ejemplo, escalado de vehículos) con la ventaja de utilizar los requisitos de rigidez derivados directamente de los aeroelásticos (es decir, frecuencias estructurales). El ala específica logró un despeje aeroelástico al agregar solo un 2.7% de masa extra.
Descripción
La estructura del ala del tiltrotor es una de las estructuras más críticas y estudiadas en el diseño debido a la necesidad fundamental de considerar las interacciones entre el ala, el pilón y los sistemas de rotor para lograr la estabilidad aeroelástica de la aeronave. De hecho, en vuelo hacia adelante a alta velocidad, la rigidez flexional y torsional del ala desempeñan roles fundamentales en la estabilidad de giro. Otra preocupación específica de los tiltrotors es la colocación de modos dinámicos; es necesario colocar adecuadamente los modos de flexión del ala lejos de las frecuencias de forzado del rotor. En este trabajo se presentan los principales requisitos de estabilidad aeroelástica y dinámica, así como el flujo del proceso de diseño del ala para la próxima generación de tiltrotors civiles. En este contexto, el uso de materiales compuestos juega un papel fundamental en el intento de satisfacer los requisitos, con el objetivo perpetuo de minimizar el peso estructural. Se proporciona una visión general de los modelos idealizados y adoptados para el análisis de resistencia, aeroelasticidad y flutter de giro. El enfoque principal fue el proceso de adaptación aeroelástica. Para satisfacer, al mismo tiempo, todos los requisitos de dinámica estructural y estabilidad aeroelástica, el mejor compromiso, con una penalización de peso aceptable, fue la mezcla de dos soluciones metodológicas: agregar cinta unidireccional en las zonas de las pieles superior e inferior para la frecuencia de flexión fuera del plano y agregar un número adecuado de capas de tela a +/-45 grados en las ubicaciones de la piel con el mayor valor de energía de deformación para los modos torsionales en el plano. Los resultados muestran que el método propuesto basado en el análisis de energía de deformación modal permite un diseño de ala adaptada aeroelásticamente para el tiltrotor. Puede emplearse fácilmente en aplicaciones similares (por ejemplo, escalado de vehículos) con la ventaja de utilizar los requisitos de rigidez derivados directamente de los aeroelásticos (es decir, frecuencias estructurales). El ala específica logró un despeje aeroelástico al agregar solo un 2.7% de masa extra.