تحلیل دینامیکی هواپیمای انعطاف‌پذیر در اغتشاشات جوی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 محقق/دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 دینامیک پرواز و کنترل-مجتمع دانشگاهی هوافضا-دانشگاه صنعتی مالک اشتر

3 دانشیار-دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

انعطاف‌پذیری سازه هواپیما باعث بروز مسایل و مشکلات متعددی می‌گردد که این مشکلات بعضآ می‌توانند سلامت و ایمنی پرواز هواپیما را به مخاطره اندازند. این پدیده باعث تغییر در پاسخ دینامیکی هواپیما به سطوح کنترل و اغتشاشات جوی می‌گردد. همچنین این امر اثرات نامطلوبی در کنترل‌پذیری هواپیما توسط خلبان، و خوشدستی آن به همراه دارد. لذا بررسی اثرات انعطاف‌پذیری سازه روی پاسخ‌های پروازی هواپیما از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است که این امر مستلزم یکپارچه‌سازی معادلات حرکت و ارتعاشی هواپیما می باشد. دینامیک هواپیمای پهن‌پیکر با زیرسازه‌های بلند و انعطاف‌پذیر بر مبنای یک مدل شش درجه آزادی که ترکیب دو درجه آزادی صلب و چهار درجه آزادی انعطاف‌پذیر است، توسعه داده شده است. برای توصیف برهمکنش سیال با سازه از مدل آیرودینامیک شبه‌پایا استفاده شده است. توسعه مودهای انعطاف‌پذیر در مدل حاضر نسبت به مدل‌های قبلی موجود، با توجه به ساختار پیکربندی هواپیمای مورد نظر، موجب افزایش دقت و اعتبار پیش‌بینی رفتار دینامیکی، بویژه در شرایط پروازی خاص، از جمله پاسخ به تندبادهای گسسته شده است. ماهیت این دسته از تحریک‌های خارجی به گونه‌ای است که طیف گسترده‌تری از مودهای الاستیک تحریک شده و سهم انرژی کرنشی ناشی از انعطاف‌پذیری در دینامیک عمومی هواپیما افزایش می‌یابد. در شبیه‌سازی‌های انجام شده تاثیر عوامل مختلف از جمله پروفیل و طول موج تندباد برروی رفتار دینامیکی بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Gust Response Analysis of Flexible Aircraft

نویسندگان [English]

  • Javad Masrour 1
  • S.hossein sadati 2
  • null null 3
1 Researcher/ Malek Ashtar university
2 Aerospace Engineering -Malek Ashtar University
چکیده [English]

Aircraft flexibility causes problems and difficulties which this problems even might endanger health and safety of the aircraft. This phenomena changes dynamic response of the aircraft to surface control and gust inputs with respect to the rigid models. Also, it has diverse effect on flight quality and handling characteristics. As a result, considering flexibility effects on dynamics response of aircraft is significant which requires that coupled dynamic and vibrational equations of aircraft. The present paper, introduce the dynamics of a large aircraft has been developed on base of a six degree of freedom model, which includes two rigid and four flexible degrees. Quasi steady aerodynamics has been used to describe interaction between solid and fluid dynamics. The essence of this model, enhance perdition of dynamic response to gust and other external disturbances, because of its effects of elastic modes. The characteristics of this external disturbances and elastic model, causes more flexible modes to be exited and strain energy ratio in general dynamics of the aircraft, increases. The effects of different parameters, like stiffness, gust length and profile, has been studied in numerical simulation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • flexible aircraft
  • Quasi steady aerodynamics
  • stiffness
  • Gust response
[1] M.C. Van Schoor, A.H. von Flotow, Aeroelastic characteristics of a highly flexible aircraft, Journal of Aircraft, 27(10) (1990) 901-908.
[2] L. Meirovitch, I. Tuzcu, Unified theory for the dynamics and control of maneuvering flexible aircraft, AIAA journal, 42(4) (2004) 714-727.
[3] M. Drela, ASWING 5.99 Technical Description—Steady Formulation, Massachusetts Inst. of Technology, Cambridge, MA,  (2015).
[4] D.H. Baldelli, P.C. Chen, J. Panza, Unified aeroelastic and flight dynamic formulation via rational function approximations, Journal of Aircraft, 43(3) (2006) 763-772.
[5] N. Nguyen, Integrated flight dynamic modeling of flexible aircraft with inertial force-propulsion-aeroelastic coupling, in:  46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2008, pp. 194.
[6] M. Patil, D. Hodges, C. Cesnik, Nonlinear aeroelastic analysis of aircraft with high-aspect-ratio wings, in:  39th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference and Exhibit, 1998, pp. 1955.
[7] O. González, P. Boschetti, E. Cárdenas, A. Amerio, Static-stability analysis of an unmanned airplane as a flexible-body, in:  AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference, 2010, pp. 8230.
[8] H. Hadadpour, Comparison of unsteady and quazi steady aerodynamics in calculation of aeroelastic unstability in incompressible flow, in:  8th   conference of fluid dynamics, tabriz, Iran, 1382.(In Persian)
[9] I. Dehkordi, Shahverdi, H., Salehzade, A., Khalili, A, Numerical Investigation of Aeroelatic Unstability of Aircraft Wing by Finite Element and Unsteady Panel Method, Mechanic and Aerospace Quarterly Journal, 7(winter) (1390) 13 - 23. (In Persian)
[10] I. Tuzcu, Dynamics and control of flexible aircraft, Virginia Tech, 2001.
[11] H. Hadadpour, Ashkorab, M., Wing Aeroelasticity with Considering Aircraft Flight Dynamics, in:  14th aerospace conference of aerospace  Socity, Tehran, Iran, 1393. (In Persian)
[12] M.H. Sadraee, Stability and Flight Controll, Ayandeghan Publication, Tehran, Iran, 1379. (In Persian)
[13] D.H. Hodges, G.A. Pierce, Introduction to Structural Dynamics and Aeroelasticity, Cambridge University Press, 2011.
[14] J.R. Wright, J.E. Cooper, Introduction to aircraft aeroelasticity and loads, John Wiley & Sons, 2008.