Calcolo dei carichi vibratori - Calcolo della matrice di trasferimento

4.3 Calcolo della matrice di trasferimento

5.2.2 Calcolo dei carichi vibratori

I carichi vibratori qui presentati sono stati calcolati nell’ambito di un confronto tra partner nell’ambito del progetto NICETRIP per definire differenze tra i modelli aerodinamici disponibili, e deter- minare le necessità basilari per una stima attendibile delle vibrazioni trasmesse in fusoliera. Sono state affrontate tre condizioni di volo:

• Airplane-mode, AC • Low-speed, LS • Hover, HC

i cui dati di trim sono qui riassunti

Nelle figure che seguono sono state esaminati quattro modelli per ciascuna configurazione, e per ciascuno sono stati determinati i carichi al mozzo, alla radice dell’ala fissa e del tubo:

1. Rotore Isolato (Fixed Rotor): il rotore non avverte ne strut- turalmente ne aerodinamicamente la presenza dell’ala. L’aerodinamica è quasi stazionaria.

2. Con ala ma senza interferenza aerodinamica (W/O Aero interaction): il rotore è sostenuto da un ala deformabile, che sotto

Dati di volo ERICA in Airplane-mode V 330kts Ω 426RPM αsh 93 ◦ MovableWingAngle 0◦ βC 0.13◦ βS 0.076 ◦

Dati di volo ERICA in hover

V 0kts Ω 553RPM αsh 3 ◦ MovableWingAngle 87◦ βC 0.658◦ βS 0.032 ◦

Dati di volo ERICA in Low-speed

V 30kts Ω 553RPM αsh 3 ◦ MovableWingAngle 87◦ βC 1.70 ◦ βS 1.84 ◦

l’effetto dei carichi al mozzo si deforma fornendo un feedback cinematico al rotore stesso in termini inerziali ed aerodinamici. L’aerodinamica è quasi stazionaria, con velocità indotta solo sul rotore.

3. Con ala e con interferenza aerodinamica (W Aero interaction): ala e rotore si sentono ed influenzano sia dal punto di vista cinematico e dinamico, che delle numerose interferenze del campo aerodinamico. L’aerodinamica è quasi stazionaria, ma una velocità indotta è fornita dal solutore BEM sia su pala che su ala, per tenere in conto i fenomeni di mutua interferenza, ed è calcolata secondo lo schema iterativo dato al paragrafo 3.2.4.

4. BEM, dove i carichi sono applicati direttamente dall’aerodinamica 3D, secondo lo schema del paragrafo 3.2.4.

Discussione dei risultati

I risultati osservabili dalle figure 5.56-5.64, che rappresentano grandezze ovviamente adimensionali, mostrano i risultati in termini di carichi al mozzo, espressi nel riferimento NRH e di carichi alla radice (asse X orizzontale, Y lungo l’apertura e Z verticale). Qui di seguito le principali annotazioni:

• In airplane-mode, per quanto concerne i carichi all’hub, una sensibile quantità di vibrazione non è visibile se non attraver- so modelli interazionali, la differenza tra l’uso di un modello 2D con inflow interazionale ed un modello 3D per il calcolo dei carichi è osservabile in modo particolare sui momenti nel piano. Questo è probabilmente legato ad un effetto di dis- tribuzione locale delle pressioni sul profilo della pala, che non può essere catturata da modelli 2D in cui la forma del profilo non rientra in questi termini.

• Nei carichi alla radice, sia di Torque-tube che di Fixed-wing, la discrepanza tra i modelli aumenta, anche quella tra l’in- terazione basata sull’uso della velocità indotta e quella basata sull’uso diretto dei carichi BEM. Questo è probabilmente dovuto di nuovo ad un effetto geometrico, ma legato stavol- ta alla difficoltà di scelta di un punto realmente significativo di applicazione della velocità indotta sull’ala, che in genere si

somma alla componente di velocità perpendicolare alla corda al quarto di corda del profilo.

• Per quanto concerne il caso Low-speed, sorprendentemente, ma solo in prima analisi, la discrepanza tra i vari modelli risul- ta molto minore per quanto concerne soprattutto i carichi al- l’hub. Questo è dovuto al fatto che sul rotore in avanzamento il fenomeno non stazionario è legato all’avanzamento stesso che rende il flusso asimmetrico ed alla presenza dei ciclici: tutti aspetti catturati anche dai modelli non interazionali. • Nei carichi alla radice invece il confronto regge solo tra i mod-

elli interazionali, ma ancora l’accoppiamento diretto con i carichi BEM stima carichi vibratori maggiori, in particolar modo in termini di forza verticale e momento flettente sulla Fixed-wing, e di forza assiale sul torque-tube. Per i primi si tratta probabil- mente dei limiti già evidenziati nell’uso localizzato della veloc- ità indotta, per la seconda invece della presenza aerodinamica della nacelle.

• E’ infine in hover dove l’aerodinamica interazionale si dimostra essenziale al fine di computare i carichi vibratori. Nei carichi all’hub infatti, dove domina la componente verticale della forza, tutta la vibrazione è data dall’interferenza aerodinamica e ben poca sarebbe visibile con i modelli inferiori, in cui il flusso si manterrebbe quasi totalmente assiale e stazionario in assenza di avanzamento.

• Alla radice poi il tutto peggiora, i carichi aumentano di molto a causa dell’impatto tra la scia del rotore e l’ala ( nonostante la

movable wing sia allineata col rotore) generando le ampiezze vibratorie maggiori tra tutti i casi esaminati. L’aerodinamica interazionale basata sull’uso della velocità indotta al quarto di corda non basta e si mostra del tutto inadeguata, mentre l’uso di un modello 3D si è dimostrato l’unico in grado di catturare il fenomeno in questa condizione limite, in cui tutti gli altri modelli non prevedono vibrazioni.

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