تحلیل فلاتر بال تطبیقی با تنظیم موقعیت تیرک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

در این مقاله فلاتر یک بال تطبیقی با تنظیم موقعیت تیرک مورد بررسی قرار گرفته است. بر خلاف مدل­های دوبعدی که معمولا در پژوهش‌­های پیشین برای شبیه سازی این نوع بال به‌کار گرفته شده اند، در این تحقیق  بال با تغییر مکان تیرک ها  با زاویه عقبگرد و بارگذاری آیرودینامیک ناپایا مدلسازی شده است. دو تیرک اصلی که در راستای طولی بال یکنواخت هستند و می‏توانند در راستای وتر ایرفویل حرکت نمایند در نظر گرفته‌ شده است. معادلات حرکت، با در نظر گرفتن مودهای خمش و پیچش، با استفاده از اصل هامیلتون، به‌دست‌ آمده‏اند. جهت استفاده از این اصل، انرژی­های جنبشی، پتانسیل و کار مجازی نیروها برای تیرک­ها و بال به طور جداگانه بدست آمده است و سپس مجموع آنها در اصل هامیلتون جایگذاری شده است. به منظور شبیه سازی نیروهای آیروالاستیک بر روی بال،  از مدل ناپایای پیترز  استفاده شده است و داده‏های عددی با استفاده از روش حل تقریبی گالرکین آنالیز و نسبت به مطالعات قبلی اعتبارسنجی شده است که نتایج همخوانی قابل‌‏قبولی دارد. جهت بررسی و ارائه­ی نتایج، چهار حالت مختلف حرکت برای دو تیرک در نظر گرفته شده است که با توجه به سرعت هر تیرک که در حالت­های مختلف متفاوت می­‌باشد، موقعیت ابتدایی و نهایی تیرک­ها مشخص می­گردد. مقایسه بال تطبیقی با بال ساده در شرایط یکسان نشان می دهد که در بال­های تطبیقی سرعت و فرکانس فلاتر افزایش می­یابد. سپس اثر پارامترهای طراحی مختلف بر رفتار آیروالاستیک بال تطبیقی هواپیما مورد بررسی قرار گرفته است.  نتایج نشان می‌­دهد که این پارامترها می‏توانند تأثیر قابل‏ توجهی بر روی محدوده پایداری این‌ بال‏ها بگذارند. نتایج نشان می­دهند که با افزایش ضخامت پوسته­‌ی بال و ضخامت تیرک­ها، سرعت فلاتر کاهش می­‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Flutter Analysis of Adaptive Wing with the Adjustment of Spar Position

نویسندگان [English]

  • A. Ghadami 1
  • S. A. Fazelzadeh Haghighi 1
  • A. Mazidi 2
1 Faculty of Mechanical Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
2 Faculty of Mechanical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده [English]

In this paper, the flutter of an adaptive wing with adjustment of spar position is studied. Despite of two-dimensional models which was used in earlier research on this subject, in this study, more realistic model of the wing with adjustment of spar position contains sweep angle and unsteady aerodynamic loadings is employed. Two uniform spars which can move in chordwise direction are considered along the wing. The wing bending and torsion equations of motion have been derived by Hamilton’s principle.  In order to use this principle, kinetic energy, strain energy and virtual work of forces have been obtained for spars and wing separately and then their sum embedded in the Hamilton’s principle. To simulate the aeroelastic loading on the wing Peter’s unsteady aeroelastic model is used. Assumed mode method has been used to discretized the aeroelastic governing equations and the numerical results has been validated with previous published papers, which good agreement has been reported. To review and presentation of results, four different types of motion for two spars have been utilized. In each type of motion, initial and final situation of spars are considered based on their velocity. Comparison of adaptive wing with simple wing in the same conditions shows that flutter velocity and frequency increases for adaptive wing. Finally, effects of different design parameters on the aeroelastic behavior of adaptive wing have been evaluated. Results indicate that these parameters can influence the stability region of such wings, significantly. Results indicates that increasing the thickness of the wing skins and spars reduces the wing flutter speed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Adaptive wing
  • Adjustment of spar position
  • Flutter
  • Unsteady loading model

مراجع

[1] A. Punhani, Shape and vibration control of smart laminated plates, PhD thesis in Mechanical Engineering, The Ohio State University, 2008.
[2] D. H. Hodges, G. A. Pierce, Introduction to structural dynamics and aeroelasticity, Cambridge University Press, 2011.
[3] S. B. Smith, D. W. Nelson, Determination of the aerodynamic characteristics of the mission adaptive wing, Journal of Aircraft, 27 (1990) 950-958.
[4] F. Austin, W. C. Van Nostrand, Shape control of an adaptive wing for transonic drag reduction, Smart Structures & Materials, 95 (1995) 45-55.
[5] M. Amprikidis, J. E. Cooper, Experimental validation of wing twist control using adaptive internal structures, in: proceeding of the 45th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference, California, USA, 2004.
[6] J. Cooper, Towards the optimisation of adaptive aeroelastic structures, in: proceeding of the Aerospace and Civil Engineering, Manchester, UK, 2006.
[7] R. Ajaj, M. Friswell, W. Dettmer, G. Allegri, A. Isikveren, Performance and control optimisations of a UAV using  the adaptive torsion wing concept, in: proceeding of the 22nd International conference on adaptive structures and technologies, Corfu, Greece, 2011.
[8] R. Ajaj, M. Friswell, W. Dettmer, G. Allegri, A. Isikveren, Dynamic modelling of the adaptive torsion wing concept, in: proceeding of the 22nd International conference on adaptive structures and technologies, Corfu, Greece, 2011.
[9] R. Ajaj, M. Friswell, D. Smith, G. Allegri, and A.Isikveren, Roll control of a UAV using an adaptive torsion structure, in: proceeding of the 52th AIAA/ASME/ ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference, California, USA, 2013.
[10] X. Tong, W. Ge, C. Sun, X. Liu, Topology optimization of compliant adaptive wing leading edge with composite materials, Chinese Journal of Aeronautics, 27 (2014)1488-1494.
[11] H. Basaeri, A. Yousefi-Koma, M. R. Zakerzadeh, S. S. Mohtasebi, Experimental study of a bio-inspired robotic morphing wing mechanism actuated by shape memory alloy wires, Mechatronics, 24 (2014) 1231-1241.
[12] B. Béguin, C. Breitsamter, Effects of membrane pre-stress on the aerodynamic characteristics of an elasto-flexible morphing wing, Aerospace Science and Technology, 37 (2014) 138-150.
[13] P. Mardanpour, D. H. Hodges, Passive morphing of flying wing aircraft: Z-shaped configuration, Journal of Fluids and Structures, 44 (2014) 17-30.
[14] B. K. S. Woods, M. I. Friswell, The adaptive aspect ratio morphing wing: design concept and low fidelity skin optimization, Aerospace Science and Technology, 42 (2015) 209-217.
[15] A. Shaw, I. Dayyani, M. Friswell, Optimisation of composite corrugated skins for buckling in morphing aircraft, Composite Structures, 119 (2015) 227-237.
[16] R. M. Ajaj, M. I. Friswell, W. G. Dettmer, G. Allegri, A. T. Isikveren, Dynamic modelling and actuation of the adaptive torsion wing, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 24(16) (2013) 213-221.
[17] H. Baruh, Analytical dynamics, McGraw-Hill, 1999.
[18] S. Fazelzadeh, A. Mazidi, H. Kalantari, Bendingtorsional  flutter of wings with an attached mass subjected to a follower force, Journal of Sound and Vibration, 323(2009) 148-162.
[19] A. Mazidi, S. Fazelzadeh, Flutter of a swept aircraft wing with a powered engine, Journal of Aerospace Engineering, 23 (2010) 243-250.
[20] M. J. Patil, D. H. Hodges, Nonlinear aeroelasticity and flight dynamics of aircraft in subsonic flow, in: Proceedings of the 21st Congress of International Council of the Aeronautical Sciences, Melbourne, Australia, 1998.
[21] M. Goland, Y. Luke, The flutter of a uniform wing with tip weights, Journal of Applied Mechanics, 15 (1948) 13- 20.
[22] J. M. Housner, M. Stein, Flutter analysis of swept-wing subsonic aircraft with parameter studies of composite wings, NASA TN D-7539, 1974.
[23] F. H. Gern, L. Librescu, Effects of externally mounted stores on aeroelasticity of advanced swept cantilevered aircraft wings, Aerospace science and technology, 2(1998) 321-333.
[24] A. Mazidi, S. Fazelzadeh, Aeroelastic modeling and flutter prediction of swept wings carrying twin powered engines, Journal of Aerospace Engineering, 26 (2013) 586–593.
[25] A. Mazidi, S. Fazelzadeh, P. Marzocca, Flutter of aircraft wings carrying a powered engine under roll maneuver, Journal of aircraft, 48 (2011) 874-883.
[26] G. Karpouzian, L. Librescu, Nonclassical effects on divergence and flutter of anisotropic swept aircraft wings, AIAA journal, 34 (1996) 786-794.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 50، شماره 1
فروردین و اردیبهشت 1397
صفحه 197-206

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار