Influencia de la Viscosidad y Compresibilidad del Fluido en las No Linealidades de las Fuerzas Aerodinámicas Generalizadas para el Flutter de Cola en T
Autores: Schäfer, Dominik
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Influencia de la Viscosidad y Compresibilidad del Fluido en las No Linealidades de las Fuerzas Aerodinámicas Generalizadas para el Flutter de Cola en T
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Flutter
Aerodinámico
Deformaciones
No linealidades
Estructural
Rigidez
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
La evaluación numérica del flutter de cola en T requiere una descripción no lineal de las deformaciones estructurales cuando las fuerzas aerodinámicas no estacionarias comprenden términos del movimiento de rodadura de la superficie de sustentación. Para el flutter lineal, una descripción de deformación lineal del plano de cola vertical (VTP) en flexión fuera del plano resulta en un endurecimiento espurio proporcional a las fuerzas de sustentación estacionarias, que se corrige incorporando términos de deformación de segundo orden en las ecuaciones de movimiento. Si bien el efecto de estos componentes de deformación no lineales sobre la rigidez del modo de flexión fuera del plano del VTP se conoce en la literatura, su impacto en los términos de acoplamiento aerodinámico involucrados en el flutter de cola en T no se ha estudiado hasta ahora, especialmente en lo que respecta a las características dependientes de la amplitud. Este término afecta los resultados numéricos dirigidos al análisis común de flutter, así como el estudio de fenómenos de estabilidad aeroelástica dinámica dependientes de la amplitud, por ejemplo, oscilaciones de ciclo límite (LCOs). Dado que las LCOs pueden ocurrir por debajo del límite de flutter lineal, es esencial tener un conocimiento fundamental sobre las no linealidades estructurales y aerodinámicas que ocurren en el sistema dinámico. Este artículo ofrece una visión sobre las no linealidades aerodinámicas para deformaciones estructurales representativas que se encuentran comúnmente en los mecanismos de flutter de cola en T utilizando un enfoque de CFD en el dominio del tiempo. Además, se describe el impacto de las deformaciones geométricamente no lineales en las no linealidades aerodinámicas. Para esto, se considera el plano de cola horizontal (HTP) en forma aislada para excluir los efectos de interferencia aerodinámica de los estudios y se somete a un movimiento de rodadura y guiñada de cuerpo rígido como una aproximación a las formas de modo estructural. La complejidad de la aerodinámica se incrementa sucesivamente desde el flujo subsonico inviscido hasta el flujo transónico viscoso. A un número de Mach subsonico, se muestra una no linealidad aerodinámica distinta en rigidez y amortiguamiento en el término de acoplamiento aerodinámico de rodadura del HTP sobre guiñada. Las no linealidades geométricas resultan en una casi cancelación total de la no linealidad de rigidez y un aumento en la no linealidad de amortiguamiento. Las fuerzas viscosas resultan en un desplazamiento de rigidez con respecto a los resultados inviscidos, pero no alteran las no linealidades observadas, así como el impacto de las no linealidades geométricas. A un número de Mach transónico, la no linealidad de rigidez aerodinámica se amplifica aún más y la no linealidad de amortiguamiento se reduce considerablemente. Aquí, la descripción del movimiento geométricamente no lineal también reduce la no linealidad de rigidez aerodinámica, pero no la cancela.
Descripción
La evaluación numérica del flutter de cola en T requiere una descripción no lineal de las deformaciones estructurales cuando las fuerzas aerodinámicas no estacionarias comprenden términos del movimiento de rodadura de la superficie de sustentación. Para el flutter lineal, una descripción de deformación lineal del plano de cola vertical (VTP) en flexión fuera del plano resulta en un endurecimiento espurio proporcional a las fuerzas de sustentación estacionarias, que se corrige incorporando términos de deformación de segundo orden en las ecuaciones de movimiento. Si bien el efecto de estos componentes de deformación no lineales sobre la rigidez del modo de flexión fuera del plano del VTP se conoce en la literatura, su impacto en los términos de acoplamiento aerodinámico involucrados en el flutter de cola en T no se ha estudiado hasta ahora, especialmente en lo que respecta a las características dependientes de la amplitud. Este término afecta los resultados numéricos dirigidos al análisis común de flutter, así como el estudio de fenómenos de estabilidad aeroelástica dinámica dependientes de la amplitud, por ejemplo, oscilaciones de ciclo límite (LCOs). Dado que las LCOs pueden ocurrir por debajo del límite de flutter lineal, es esencial tener un conocimiento fundamental sobre las no linealidades estructurales y aerodinámicas que ocurren en el sistema dinámico. Este artículo ofrece una visión sobre las no linealidades aerodinámicas para deformaciones estructurales representativas que se encuentran comúnmente en los mecanismos de flutter de cola en T utilizando un enfoque de CFD en el dominio del tiempo. Además, se describe el impacto de las deformaciones geométricamente no lineales en las no linealidades aerodinámicas. Para esto, se considera el plano de cola horizontal (HTP) en forma aislada para excluir los efectos de interferencia aerodinámica de los estudios y se somete a un movimiento de rodadura y guiñada de cuerpo rígido como una aproximación a las formas de modo estructural. La complejidad de la aerodinámica se incrementa sucesivamente desde el flujo subsonico inviscido hasta el flujo transónico viscoso. A un número de Mach subsonico, se muestra una no linealidad aerodinámica distinta en rigidez y amortiguamiento en el término de acoplamiento aerodinámico de rodadura del HTP sobre guiñada. Las no linealidades geométricas resultan en una casi cancelación total de la no linealidad de rigidez y un aumento en la no linealidad de amortiguamiento. Las fuerzas viscosas resultan en un desplazamiento de rigidez con respecto a los resultados inviscidos, pero no alteran las no linealidades observadas, así como el impacto de las no linealidades geométricas. A un número de Mach transónico, la no linealidad de rigidez aerodinámica se amplifica aún más y la no linealidad de amortiguamiento se reduce considerablemente. Aquí, la descripción del movimiento geométricamente no lineal también reduce la no linealidad de rigidez aerodinámica, pero no la cancela.