Análisis No Lineal y Características de Bifurcación del Flutter de Giro en Sistemas Aéreos No Tripulados
Autores: Quintana, Anthony; Vasconcellos, Rui; Throneberry, Glen; Abdelkefi, Abdessattar
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Análisis No Lineal y Características de Bifurcación del Flutter de Giro en Sistemas Aéreos No Tripulados
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Drones aéreos
Mejoras
Batido en remolino
No linealidades
Desafíos estructurales
Aerodinámica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los drones aéreos han mejorado significativamente en las últimas décadas con motores más fuertes y pequeños, hélices más potentes y una optimización general de los sistemas. Estas mejoras han aumentado, en consecuencia, las velocidades máximas y mejorado una variedad de aspectos de rendimiento, junto con la introducción de nuevos desafíos estructurales, como el flutter de remolino. El flutter de remolino es una inestabilidad aeroelástica que puede verse afectada por no linealidades estructurales o aerodinámicas. Esta inestabilidad puede afectar la predicción de comportamientos potencialmente peligrosos. En este trabajo, se implementa un modelo reducido no lineal para un sistema de nacelle-rotor, considerando aerodinámica cuasi-estacionaria. Primero, se realiza un estudio paramétrico para el sistema lineal para determinar las principales características aerodinámicas y estructurales que afectan el inicio de la inestabilidad. Se prueban múltiples no linealidades polinómicas en el modelo de nacelle-rotor de dos grados de libertad para simular posibles efectos no lineales estructurales, incluyendo no linealidades cúbicas simétricas de endurecimiento para los grados de libertad de cabeceo y guiñada; no linealidad puramente de guiñada; no linealidad puramente de cabeceo; y una combinación de no linealidades cuadráticas, cúbicas y de quinto orden para ambos grados de libertad. Los resultados muestran que la presencia de no linealidades estructurales de endurecimiento introduce oscilaciones de ciclo límite al sistema en el régimen posterior al flutter. Además, se demuestra que la inclusión de no linealidad cuadrática introduce oscilaciones asimétricas y comportamiento subcrítico, donde se pueden alcanzar deformaciones grandes y potencialmente peligrosas antes de la velocidad de flutter lineal predicha.
Descripción
Los drones aéreos han mejorado significativamente en las últimas décadas con motores más fuertes y pequeños, hélices más potentes y una optimización general de los sistemas. Estas mejoras han aumentado, en consecuencia, las velocidades máximas y mejorado una variedad de aspectos de rendimiento, junto con la introducción de nuevos desafíos estructurales, como el flutter de remolino. El flutter de remolino es una inestabilidad aeroelástica que puede verse afectada por no linealidades estructurales o aerodinámicas. Esta inestabilidad puede afectar la predicción de comportamientos potencialmente peligrosos. En este trabajo, se implementa un modelo reducido no lineal para un sistema de nacelle-rotor, considerando aerodinámica cuasi-estacionaria. Primero, se realiza un estudio paramétrico para el sistema lineal para determinar las principales características aerodinámicas y estructurales que afectan el inicio de la inestabilidad. Se prueban múltiples no linealidades polinómicas en el modelo de nacelle-rotor de dos grados de libertad para simular posibles efectos no lineales estructurales, incluyendo no linealidades cúbicas simétricas de endurecimiento para los grados de libertad de cabeceo y guiñada; no linealidad puramente de guiñada; no linealidad puramente de cabeceo; y una combinación de no linealidades cuadráticas, cúbicas y de quinto orden para ambos grados de libertad. Los resultados muestran que la presencia de no linealidades estructurales de endurecimiento introduce oscilaciones de ciclo límite al sistema en el régimen posterior al flutter. Además, se demuestra que la inclusión de no linealidad cuadrática introduce oscilaciones asimétricas y comportamiento subcrítico, donde se pueden alcanzar deformaciones grandes y potencialmente peligrosas antes de la velocidad de flutter lineal predicha.