Investigación Numérica y Experimental del Diseño de un Sistema de Deshielo Piezoeléctrico para Pequeños Rotorcraft Parte 2/3: Investigación de la Vibración Transitoria durante Barridos de Frecuencia y Excitación Óptima del Actuador Piezoeléctrico
Autores: Villeneuve, Eric; Volat, Christophe; Ghinet, Sebastian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Investigación Numérica y Experimental del Diseño de un Sistema de Deshielo Piezoeléctrico para Pequeños Rotorcraft Parte 2/3: Investigación de la Vibración Transitoria durante Barridos de Frecuencia y Excitación Óptima del Actuador Piezoeléctrico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Proyecto de investigación
Configuración experimental
Barridos de frecuencia
Análisis de vibraciones transitorias
Ruptura de hielo
Modos resonantes
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
El objetivo de este proyecto de investigación se divide en cuatro partes: (1) diseñar un sistema de deshielo basado en un actuador piezoeléctrico integrado a un montaje experimental de placa plana, desarrollar un modelo numérico del sistema y validar experimentalmente; (2) utilizar el montaje experimental para investigar la activación del actuador con barridos de frecuencia y análisis de vibraciones transitorias; (3) añadir una capa de hielo al modelo numérico, predecir numéricamente las tensiones en la ruptura del hielo y validar experimentalmente; y (4) implementar el concepto en una estructura de pala para pruebas en túnel de viento. Este artículo presenta el segundo objetivo de este estudio, en el cual se utiliza el montaje experimental diseñado en la primera fase del proyecto para estudiar las vibraciones transitorias que ocurren durante los barridos de frecuencia. Se midió la aceleración durante diferentes barridos de frecuencia con un acelerómetro en el montaje de la placa plana. Los resultados obtenidos mostraron que el patrón de vibración era el mismo para la diferente tasa de barrido (en Hz/s) probada para un mismo rango de barrido. Sin embargo, la amplitud de cada modo resonante aumentó con una disminución de la tasa de barrido. La investigación de los barridos de frecuencia realizados alrededor de diferentes modos resonantes mostró que a medida que la tasa de barrido de frecuencia tiende a cero, la amplitud del modo tiende hacia el valor de amplitud de excitación en estado estacionario. Dado que no se observaron otros efectos transitorios, esto significa que la activación en estado estacionario es la excitación óptima para un modo resonante. Para validar esta hipótesis, la placa plana se instaló en una cámara fría donde se acumularon capas de hielo. Se realizaron barridos de frecuencia a alta tensión y se utilizó una cámara para grabar múltiples imágenes por segundo para determinar las frecuencias donde ocurre la ruptura del hielo. En consecuencia, se determinaron las frecuencias resonantes a partir de las funciones de transferencia medidas con el acelerómetro en comparación con la señal de excitación. Se realizaron pruebas adicionales en activación en estado estacionario a esas frecuencias y se obtuvo la misma ruptura de la capa de hielo, resultando en la primera ruptura de hielo obtenida en condiciones de activación en estado estacionario como parte de este proyecto de investigación. Estos resultados confirmaron las conclusiones obtenidas tras la investigación de vibraciones transitorias, pero también demostraron las desventajas de la activación en estado estacionario, a saber, identificar modos resonantes susceptibles de crear ruptura de hielo y localizar con precisión las frecuencias de los modos, que cambian a medida que el hielo se acumula en la estructura. Los resultados también muestran que los barridos de frecuencia, si se diseñan adecuadamente, pueden usarse como sustituto de la activación en estado estacionario para obtener los mismos resultados.
Descripción
El objetivo de este proyecto de investigación se divide en cuatro partes: (1) diseñar un sistema de deshielo basado en un actuador piezoeléctrico integrado a un montaje experimental de placa plana, desarrollar un modelo numérico del sistema y validar experimentalmente; (2) utilizar el montaje experimental para investigar la activación del actuador con barridos de frecuencia y análisis de vibraciones transitorias; (3) añadir una capa de hielo al modelo numérico, predecir numéricamente las tensiones en la ruptura del hielo y validar experimentalmente; y (4) implementar el concepto en una estructura de pala para pruebas en túnel de viento. Este artículo presenta el segundo objetivo de este estudio, en el cual se utiliza el montaje experimental diseñado en la primera fase del proyecto para estudiar las vibraciones transitorias que ocurren durante los barridos de frecuencia. Se midió la aceleración durante diferentes barridos de frecuencia con un acelerómetro en el montaje de la placa plana. Los resultados obtenidos mostraron que el patrón de vibración era el mismo para la diferente tasa de barrido (en Hz/s) probada para un mismo rango de barrido. Sin embargo, la amplitud de cada modo resonante aumentó con una disminución de la tasa de barrido. La investigación de los barridos de frecuencia realizados alrededor de diferentes modos resonantes mostró que a medida que la tasa de barrido de frecuencia tiende a cero, la amplitud del modo tiende hacia el valor de amplitud de excitación en estado estacionario. Dado que no se observaron otros efectos transitorios, esto significa que la activación en estado estacionario es la excitación óptima para un modo resonante. Para validar esta hipótesis, la placa plana se instaló en una cámara fría donde se acumularon capas de hielo. Se realizaron barridos de frecuencia a alta tensión y se utilizó una cámara para grabar múltiples imágenes por segundo para determinar las frecuencias donde ocurre la ruptura del hielo. En consecuencia, se determinaron las frecuencias resonantes a partir de las funciones de transferencia medidas con el acelerómetro en comparación con la señal de excitación. Se realizaron pruebas adicionales en activación en estado estacionario a esas frecuencias y se obtuvo la misma ruptura de la capa de hielo, resultando en la primera ruptura de hielo obtenida en condiciones de activación en estado estacionario como parte de este proyecto de investigación. Estos resultados confirmaron las conclusiones obtenidas tras la investigación de vibraciones transitorias, pero también demostraron las desventajas de la activación en estado estacionario, a saber, identificar modos resonantes susceptibles de crear ruptura de hielo y localizar con precisión las frecuencias de los modos, que cambian a medida que el hielo se acumula en la estructura. Los resultados también muestran que los barridos de frecuencia, si se diseñan adecuadamente, pueden usarse como sustituto de la activación en estado estacionario para obtener los mismos resultados.