Un método de energía combinada para el análisis de la inestabilidad por flutter de paneles débilmente amortiguados en flujo de aire supersónico
Autores: Wang, Xiaochen; Yang, Zhichun; Zhang, Guiwei; Xu, Xinwei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Un método de energía combinada para el análisis de la inestabilidad por flutter de paneles débilmente amortiguados en flujo de aire supersónico
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Energía
Aleteo
Panel
Amortiguación
Inestabilidad
Método
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Se propone un método de energía combinada para investigar las características de inestabilidad de flutter de paneles débilmente amortiguados en el flujo supersónico. Basándose en la suposición de pequeña amortiguación, la ecuación diferencial parcial (EDP) que gobierna el movimiento del sistema aeroelástico del panel se construye adoptando la teoría del pistón de primer orden y la teoría de la gran deflexión de von Karman. Luego, aplicando el procedimiento de Galerkin, la EDP se discretiza en un conjunto de ecuaciones diferenciales ordinarias acopladas, y se obtiene el modelo de orden reducido del sistema (ROM) con dos grados de libertad. Dado que el sistema aeroelástico del panel es no conservativo en la naturaleza física, y suponiendo que el panel exhibe una oscilación de un solo período en la ocurrencia de flutter, se aplica el principio de balance de energía no conservativa al ROM linealizado dentro de un solo período de oscilación. El resultado obtenido muestra que la relación de amplitudes de coordenadas modales del ROM está regulada por la relación de coeficientes de amortiguación modales, aunque cada coeficiente de amortiguación modal es pequeño. Además, como la energía total de disipación de amortiguación puede eliminarse debido a su pequeñez, se aplica el método de balance de energía de He al ROM no amortiguado, por lo tanto se derivan la presión dinámica no dimensional crítica en la ocurrencia de inestabilidad de flutter, y la relación de amplitud de frecuencia circular de oscilación (forma lineal y no lineal). Además, se investiga la influencia paradójica de desestabilización de amortiguación en la inestabilidad de flutter del sistema. La precisión y eficiencia del método propuesto se validan comparando los resultados con los obtenidos mediante el criterio de Routh Hurwitz.
Descripción
Se propone un método de energía combinada para investigar las características de inestabilidad de flutter de paneles débilmente amortiguados en el flujo supersónico. Basándose en la suposición de pequeña amortiguación, la ecuación diferencial parcial (EDP) que gobierna el movimiento del sistema aeroelástico del panel se construye adoptando la teoría del pistón de primer orden y la teoría de la gran deflexión de von Karman. Luego, aplicando el procedimiento de Galerkin, la EDP se discretiza en un conjunto de ecuaciones diferenciales ordinarias acopladas, y se obtiene el modelo de orden reducido del sistema (ROM) con dos grados de libertad. Dado que el sistema aeroelástico del panel es no conservativo en la naturaleza física, y suponiendo que el panel exhibe una oscilación de un solo período en la ocurrencia de flutter, se aplica el principio de balance de energía no conservativa al ROM linealizado dentro de un solo período de oscilación. El resultado obtenido muestra que la relación de amplitudes de coordenadas modales del ROM está regulada por la relación de coeficientes de amortiguación modales, aunque cada coeficiente de amortiguación modal es pequeño. Además, como la energía total de disipación de amortiguación puede eliminarse debido a su pequeñez, se aplica el método de balance de energía de He al ROM no amortiguado, por lo tanto se derivan la presión dinámica no dimensional crítica en la ocurrencia de inestabilidad de flutter, y la relación de amplitud de frecuencia circular de oscilación (forma lineal y no lineal). Además, se investiga la influencia paradójica de desestabilización de amortiguación en la inestabilidad de flutter del sistema. La precisión y eficiencia del método propuesto se validan comparando los resultados con los obtenidos mediante el criterio de Routh Hurwitz.