Vibrazioni degli elicotteri RIDUZIONE DELLE VIBRAZIONI Controllo attivo: efficiente riduzione dei carichi vibratori in condizioni di progetto aumento di peso elevati consumi manutenzione e controllo Riduzione passiva: riduzione dell’ampiezza di vibrazione risultante sulla fusoliera adattabilità nulla Materiali piezoelettrici: BASSO COSTO INCREMENTO DI PESO MOLTO CONTENUTO AFFIDABILITA’ ED EFFICIENZA FACILITA’ DI IMPIEGO VIBRAZIONE: risposta oscillatoria dell’elicottero e di tutti i componenti non rotanti alle forze e momenti al mozzo. In volo avanzato le forze alla radice della pala vengono trasmesse al mozzo e provocano una vibrazione periodica dell’elicottero. [W.Johnson – Helicopter Theory] ELEVATO LIVELLO VIBRATORIO diminuzione del comfort aumento del carico di lavoro del pilota affaticamento strutturale malfunzionamento degli equipaggiamenti elettronici difficoltà nelle operazioni di puntamento TECNICHE DI RIDUZIONE ROTORE pendabs RBA HHC IBC FUSOLIERA assorbitore dinamico Nodamatic ACSR DAVI Vibrazioni degli elicotteri Fonti di vibrazione Rotore principale Rotore di coda Motore Trasmissione variazione dei carichi aerodinamici sulla pala durante rotazione in volo avanzato interazione del suo campo aerodinamico con fusoliera, rotore di coda, piani di coda CENNI DI AEROELASTICITA’ DEL ROTORE Equazioni di equilibrio dinamico Relazioni cinematiche Leggi costitutive Modello aerodinamico Discretizzazione alla Galerkin CARICHI AL MOZZO Carico alla radice m-ma pala (m=1 ... N) funzione periodica di Ψm = Ψ +mΔΨ (ΔΨ = 2π/N) Hp: pala equilibrata Taglio verticale m-ma pala Taglio nel piano Side force Drag force Momento torcente Momenti di Picchiata e rollio Risoluzione: metodo Harmonic-Balance Hp: periodicità del carico Possibilità di esprimere forzante e coordinate generalizzate in serie di Fourier, utilizzando Nfou termini nello sviluppo Procedura iterativa: Valutazione delle forze generalizzate e calcolo dei coefficienti di Fourier (c0 c1 d1..) Ricostruzione dello stato tramite il calcolo dei relativi coefficienti di Fourier (a0 a1 b1..) Valutazione di un criterio di arresto Le matrici M,C,K dipendono esplicitamente dallo stato e da Ψ = Ωt. Separando la parte costante da quella non lineare e tempo variante Problema diretto: assegnate le leggi di controllo allo swash-plate Configurazione delle pale in rotazione Carichi alla radice delle pale Il mozzo si comporta da FILTRO trasmettendo solo le armoniche a pN/rev semplificazione del problema di riduzione le armoniche più basse sono cancellate al mozzo E’ possibile determinare il livello vibratorio della fusoliera: Determinazione del livello vibratorio della fusoliera alle armoniche pN/rev trasmesse al mozzo Carichi aeroelastici PZT COME SMORZATORI PASSIVI Conversione dell’energia di deformazione in energia elettrica e dissipazione in circuiti resistivi o induttivi collegati ai morsetti del dispositivo (Effetto piezoelettrico diretto) Sintonizzazione in frequenza Sintonizzazione spaziale Caratteristiche PZT: modello QP10N (ACX) CASO INDUTTIVO (RLC) Si sono considerati i carichi al mozzo alle armoniche 2/rev e 4/rev Per la sintonizzazione dei piezoelettrici è necessaria la conoscenza dei modi di vibrazione propria del modello di elicottero nell’intorno delle armoniche considerate Modo # 38 (f = 14.132 Hz) Modo # 69 (f = 28.147 Hz) 2/rev = 14.123 Hz 4/rev = 28.246 Hz Analogia formale con l’assorbitore dinamico Ottimizzazione dei parametri elettrici del sistema PZT CASO RESISTIVO (RC) MODELLIZZAZIONE DEI PZT AGLI E.F. Rigidezza dipendente dalla frequenza: (analogia viscoelastica) Circuito resistivo Circuito induttivo Scelta di R in modo tale da avere il massimo smorzamento alla frequenza ωn Per il calcolo del livello vibratorio in cabina sono stati considerati 10 punti sparsi su tutta la fusoliera, nelle zone di maggiore interesse [M.Nash, 2003] Posizionamento dei piezoelettrici: Valutazione di 5 configurazioni Sintonizzazione nell’intorno di 2/rev (38° modo proprio) Zone di inserimento dei dispositivi: pavimentazione tetto muso piastre laterali Conclusioni Valutazione di una serie di strategie di posizionamento di dispositivi piezoelettrici di riduzione passiva delle vibrazioni di un modello di elicottero agli elementi finiti. Scelta della strategia migliore tra quelle proposte, per la riduzione delle vibrazioni alle frequenze discrete 2/rev e 4/rev. Riduzione del livello vibratorio del 36.5% in 4 condizioni di volo differenti tramite l’utilizzo di 734 elementi piezoelettrici Superficie totale occupata del 3.67%. Incremento di peso molto contenuto (0.148%)