تحليل فلاتر بال تطبيقي با تنظيم موقعيت تيرك

Flutter Analysis of Adaptive Wing with the Adjustment of Spar Position

در اين مقاله فلاتر يك بال تطبيقي با تنظيم موقعيت تيرك مورد بررسي قرار گرفته است. بر خلاف مدل­هاي دوبعدي كه معمولا در پژوهش‌­هاي پيشين براي شبيه سازي اين نوع بال به‌كار گرفته شده اند، در اين تحقيق بال با تغيير مكان تيرك ها با زاويه عقبگرد و بارگذاري آيروديناميك ناپايا مدلسازي شده است. دو تيرك اصلي كه در راستاي طولي بال يكنواخت هستند و ميتوانند در راستاي وتر ايرفويل حركت نمايند در نظر گرفته‌ شده است. معادلات حركت، با در نظر گرفتن مودهاي خمش و پيچش، با استفاده از اصل هاميلتون، به‌دست‌ آمدهاند. جهت استفاده از اين اصل، انرژي­هاي جنبشي، پتانسيل و كار مجازي نيروها براي تيرك­ها و بال به طور جداگانه بدست آمده است و سپس مجموع آنها در اصل هاميلتون جايگذاري شده است. به منظور شبيه سازي نيروهاي آيروالاستيك بر روي بال، از مدل ناپاياي پيترز استفاده شده است و دادههاي عددي با استفاده از روش حل تقريبي گالركين آناليز و نسبت به مطالعات قبلي اعتبارسنجي شده است كه نتايج همخواني قابل‌قبولي دارد. جهت بررسي و ارائه­ ي نتايج، چهار حالت مختلف حركت براي دو تيرك در نظر گرفته شده است كه با توجه به سرعت هر تيرك كه در حالت­هاي مختلف متفاوت مي­‌باشد، موقعيت ابتدايي و نهايي تيرك­ها مشخص مي­گردد. مقايسه بال تطبيقي با بال ساده در شرايط يكسان نشان مي دهد كه در بال­هاي تطبيقي سرعت و فركانس فلاتر افزايش مي­يابد. سپس اثر پارامترهاي طراحي مختلف بر رفتار آيروالاستيك بال تطبيقي هواپيما مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌­دهد كه اين پارامترها ميتوانند تأثير قابل توجهي بر روي محدوده پايداري اين‌ بالها بگذارند. نتايج نشان مي­دهند كه با افزايش ضخامت پوسته­‌ي بال و ضخامت تيرك­ها، سرعت فلاتر كاهش مي­‌يابد.

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.