تحليل فلاتر بال هواپيما و جرم خارجي متصل به آن به‌صورت الاستيك

Flutter analysis of an aircraft wing carrying, elastically, an external store

در اين مقاله فلاتر بال هواپيما و جرم خارجي متصل به آن با در نظر گرفتن خاصيت الاستيك در محل اتصال مورد بررسي قرار گرفته است. بال به‌صورت تير يكسر گيردار يكنواخت با زاويه عقبگرد در نظر گرفته شده است و جرم خارجي با يك فنر و ميراگر به آن متصل شده است. معادلات آيروالاستيك بال و جرم خارجي با استفاده از اصل هاميلتون به‌دست آمده است كه به‌صورت معادلات ديفرانسيل پاره‌اي مي‌باشند. براي شبيه‌سازي جريان سيال از مدل اصلاح شده پيترز استفاده شده است. در نهايت با به‌كارگيري روش مودهاي فرضي، معادلات پاره‌اي به معادلات ديفرانسيل معمولي تبديل شده است. تاثير حالت‌هاي مختلف عدم اتصال جرم خارجي به بال، اتصال صلب جرم خارجي به بال و اتصال الاستيك جرم خارجي به بال بر سرعت فلاتر بررسي شده است. براي صحه گذاري بر پژوهش انجام شده نتايج تحليل فلاتر بال با پژوهش‌هاي پيشين مقايسه شده است كه همخواني خوبي بين نتايج ديده مي‌شود. سپس جرم خارجي به‌صورت الاستيك به بال متصل شده و تاثير پارامترهاي مختلف همچون موقعيت‌ نصب جرم خارجي، زاويه عقبگرد بال و همچنين اندازه جرم خارجي بر سرعت فلاتر بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد با افزايش فاصله جرم خارجي از ريشه بال در جهت طولي و همچنين انتقال جرم خارجي به‌سمت لبه حمله بال در جهت عرضي، سرعت فلاتر كاهش مي‌يابد و همچنين افزايش جرم خارجي و ثابت فنر اتصال باعث كاهش سرعت فلاتر مجموعه مي‌‌شود. در تمامي حالت‌ها با افزايش زاويه عقبگرد بال سرعت فلاتر افزايش مي‌يابد.

In this paper, the Flutter analysis of an aircraft wing carrying, elastically, an external store is studied. The wing is considered as a uniform cantilever beam and the external mass is connected to the wing by one spring and damper. The aeroelastic partial governing equations are determined via Hamilton’s variational principle. Also, modified Peterʹs finite-state aerodynamic model is employed. The resulting partial differential equations are transformed into a set of ordinary differential equations through the assume mode method. Effects of different situations like the wing without external mass, the wing with a rigidly attached external mass, and the wing with an elastically attached external mass on the flutter speed and frequency are investigated. The numerical results for a wing are compared with published results and good agreement is observed. Then, simulation results for the wing with an elastically attached external mass are presented to show the effects of the wing sweep angle, store mass and its location and the spring rigidity constant on the wing flutter. Results show that sliding the external mass toward the wing tip in spanwise direction and also toward the trailing edge in chordwise direction decreases the flutter speed. Furthermore, increasing the store mass and spring constant decreases the wing flutter speed. Results show that increasing the wing sweep angle increases the flutter speed, in all situations.