Aspectos de Respuesta a Vibraciones de una Puerta Compuesta del Tren de Aterrizaje Principal Diseñada para Rotorcraft de Alta Velocidad
Autores: Arena, Maurizio; Chiariello, Antonio; Castaldo, Martina; Di Palma, Luigi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Aspectos de Respuesta a Vibraciones de una Puerta Compuesta del Tren de Aterrizaje Principal Diseñada para Rotorcraft de Alta Velocidad
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Hélice
Vibraciones
Estructuras compuestas
Aeronaves
Niveles de vibración
Elementos finitos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
Uno de los problemas cruciales que afectan la seguridad estructural de los vehículos de hélice es la excitación tonal de la hélice y las vibraciones relacionadas. La rotación de la hélice durante el vuelo genera fuentes de vibración dependiendo de su velocidad angular de rotación, el número de palas, la potencia en el eje que genera el empuje del avión y la geometría de la pala. Generalmente, los niveles de energía más altos generados se confinan a la frecuencia de paso de la 1ª pala (BPF) y sus armónicos, mientras que componentes adicionales de banda ancha, principalmente vinculados con la forma de la pala, la potencia del motor desarrollada y la capa límite turbulenta (TBL), también contribuyen a los niveles de excitación. El problema de las vibraciones adquiere una relevancia particular en el caso de estructuras compuestas. Los laminados, de hecho, podrían ejercer niveles de amortiguamiento generalmente más bajos que las estructuras metálicas, donde la mayor cantidad de uniones atornilladas permite disipar más energía de vibración. La predicción y reducción de los niveles de vibración de las aeronaves son, por lo tanto, consideraciones significativas para los aviones de hélice convencionales que ahora ingresan al mercado comercial, así como para los modelos que se están desarrollando actualmente. En el marco de Clean Sky 2, el presente estudio se centra en un caso práctico inherente al programa AIRBUS-Racer que tiene como objetivo diseñar y desarrollar un rotorcraft rápido y multitarea. Este documento define un procedimiento basado en elementos finitos (FE) para la caracterización de los niveles de vibración de una puerta compuesta del tren de aterrizaje principal (MLG) con respecto a las cargas tonales operativas esperadas. Se llevó a cabo una evaluación paramétrica para evaluar los principales parámetros modales (funciones de transferencia y respectivas frecuencias de resonancia, formas de modo y coeficientes de amortiguamiento) del conjunto puerta-tren de aterrizaje con el fin de lograr niveles de vibración reducidos. Basado en los resultados del análisis FE, se investigó la influencia del extra-amortiguamiento, la ubicación y el número de elementos de lastre, así como las condiciones de contorno con respecto a los escenarios de fallo de la línea cinemática, abriendo el estudio hacia evaluaciones aeroelásticas. Además, los resultados de pruebas experimentales en tierra sirven como una base de validación para los métodos numéricos de predicción representativos de la respuesta dinámica de la puerta compuesta.
Descripción
Uno de los problemas cruciales que afectan la seguridad estructural de los vehículos de hélice es la excitación tonal de la hélice y las vibraciones relacionadas. La rotación de la hélice durante el vuelo genera fuentes de vibración dependiendo de su velocidad angular de rotación, el número de palas, la potencia en el eje que genera el empuje del avión y la geometría de la pala. Generalmente, los niveles de energía más altos generados se confinan a la frecuencia de paso de la 1ª pala (BPF) y sus armónicos, mientras que componentes adicionales de banda ancha, principalmente vinculados con la forma de la pala, la potencia del motor desarrollada y la capa límite turbulenta (TBL), también contribuyen a los niveles de excitación. El problema de las vibraciones adquiere una relevancia particular en el caso de estructuras compuestas. Los laminados, de hecho, podrían ejercer niveles de amortiguamiento generalmente más bajos que las estructuras metálicas, donde la mayor cantidad de uniones atornilladas permite disipar más energía de vibración. La predicción y reducción de los niveles de vibración de las aeronaves son, por lo tanto, consideraciones significativas para los aviones de hélice convencionales que ahora ingresan al mercado comercial, así como para los modelos que se están desarrollando actualmente. En el marco de Clean Sky 2, el presente estudio se centra en un caso práctico inherente al programa AIRBUS-Racer que tiene como objetivo diseñar y desarrollar un rotorcraft rápido y multitarea. Este documento define un procedimiento basado en elementos finitos (FE) para la caracterización de los niveles de vibración de una puerta compuesta del tren de aterrizaje principal (MLG) con respecto a las cargas tonales operativas esperadas. Se llevó a cabo una evaluación paramétrica para evaluar los principales parámetros modales (funciones de transferencia y respectivas frecuencias de resonancia, formas de modo y coeficientes de amortiguamiento) del conjunto puerta-tren de aterrizaje con el fin de lograr niveles de vibración reducidos. Basado en los resultados del análisis FE, se investigó la influencia del extra-amortiguamiento, la ubicación y el número de elementos de lastre, así como las condiciones de contorno con respecto a los escenarios de fallo de la línea cinemática, abriendo el estudio hacia evaluaciones aeroelásticas. Además, los resultados de pruebas experimentales en tierra sirven como una base de validación para los métodos numéricos de predicción representativos de la respuesta dinámica de la puerta compuesta.