Análisis de bifurcación y fenómeno de adherencia para sistemas de rotor-nacelle no tripulados con la presencia de no linealidad estructural multisegmentada
Autores: Quintana, Anthony; Saunders, Brian Evan; Vasconcellos, Rui; Abdelkefi, Abdessattar
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Análisis de bifurcación y fenómeno de adherencia para sistemas de rotor-nacelle no tripulados con la presencia de no linealidad estructural multisegmentada
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Fenómeno
Aeroelástico
Oscilaciones
Multisegmentado
Rigideces
Juego libre
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El flutter de remolino es un fenómeno causado por una inestabilidad aeroelástica, que provoca que las oscilaciones se propaguen en aeronaves tipo rotor-nacelle tripuladas o no tripuladas. En las condiciones donde están presentes juegos libres multisegmentados, comportamientos complejos pueden dominar estas oscilaciones y llevar a consecuencias desastrosas. Este estudio investiga un sistema rotor-nacelle con rigideces multisegmentadas y un espacio de juego libre para abarcar las influencias del mundo real en las aeronaves. El modelo matemático de aerodinámica considera una aplicación cuasi-estacionaria de la teoría de tiras a lo largo de cada pala para delinear las fuerzas externas que se aplican. Luego se utiliza un diagrama de cuerpo libre para incorporar los términos de rigidez estructural y amortiguamiento, considerando el juego libre multisegmentado en la matriz de rigidez estructural. Se investigan y caracterizan múltiples respuestas estructurales del sistema definido para determinar la influencia de las rigideces multisegmentadas simétricas y asimétricas variables con parámetros de espacio de juego variables, incluyendo una ruta para la investigación de impactos. Los hallazgos se caracterizan utilizando retratos de fase, mapas de Poincaré, historias temporales y cuencas de atracción. Se encuentra que bajo estas condiciones, las influencias estructurales pueden llevar a oscilaciones aperiódicas con la existencia de bifurcaciones de roce. Además, estos resultados revelan que bajo ciertas condiciones y altas velocidades de flujo libre, el fenómeno de adherencia se vuelve evidente, lo cual depende fuertemente de la fuerza de la representación multisegmentada, sus tamaños de espacio de juego y su simetría. Por último, un estudio de ruta hacia el impacto muestra la fuerte influencia acoplada entre el cabeceo y el guiñada cuando se aplican condiciones asimétricas y la posible presencia de bifurcaciones de roce-deslizamiento. Las simulaciones numéricas realizadas en este estudio pueden formar una base para que los diseñadores de drones creen sistemas rotor-nacelle fiables resistentes al flutter de remolino causado por efectos de juego libre.
Descripción
El flutter de remolino es un fenómeno causado por una inestabilidad aeroelástica, que provoca que las oscilaciones se propaguen en aeronaves tipo rotor-nacelle tripuladas o no tripuladas. En las condiciones donde están presentes juegos libres multisegmentados, comportamientos complejos pueden dominar estas oscilaciones y llevar a consecuencias desastrosas. Este estudio investiga un sistema rotor-nacelle con rigideces multisegmentadas y un espacio de juego libre para abarcar las influencias del mundo real en las aeronaves. El modelo matemático de aerodinámica considera una aplicación cuasi-estacionaria de la teoría de tiras a lo largo de cada pala para delinear las fuerzas externas que se aplican. Luego se utiliza un diagrama de cuerpo libre para incorporar los términos de rigidez estructural y amortiguamiento, considerando el juego libre multisegmentado en la matriz de rigidez estructural. Se investigan y caracterizan múltiples respuestas estructurales del sistema definido para determinar la influencia de las rigideces multisegmentadas simétricas y asimétricas variables con parámetros de espacio de juego variables, incluyendo una ruta para la investigación de impactos. Los hallazgos se caracterizan utilizando retratos de fase, mapas de Poincaré, historias temporales y cuencas de atracción. Se encuentra que bajo estas condiciones, las influencias estructurales pueden llevar a oscilaciones aperiódicas con la existencia de bifurcaciones de roce. Además, estos resultados revelan que bajo ciertas condiciones y altas velocidades de flujo libre, el fenómeno de adherencia se vuelve evidente, lo cual depende fuertemente de la fuerza de la representación multisegmentada, sus tamaños de espacio de juego y su simetría. Por último, un estudio de ruta hacia el impacto muestra la fuerte influencia acoplada entre el cabeceo y el guiñada cuando se aplican condiciones asimétricas y la posible presencia de bifurcaciones de roce-deslizamiento. Las simulaciones numéricas realizadas en este estudio pueden formar una base para que los diseñadores de drones creen sistemas rotor-nacelle fiables resistentes al flutter de remolino causado por efectos de juego libre.