Hoe kan de positionering van de motor de neiging tot flutter beïnvloeden?

8

Ik begrijp dat het verplaatsen van de motoren naar de vleugeltips de neiging tot flutter zou vergroten, maar zijn er andere positioneringsopties die de flutter kunnen beïnvloeden?

Hoe zit het met het verplaatsen van de positie van de motor naar voren of naar achteren op de vleugel. Hoe zit het met de draai van de vleugels, & de ingestelde aanvalshoek op de grond. Moeten deze worden overwogen bij het plaatsen van een motor op de vleugels van het vliegtuig?

En ook aan de achterkant gemonteerde motoren. Wat moet hier worden overwogen om de neiging tot flutter van de stabilisatoren te verminderen?

    
reeks Guha.Gubin 11.11.2017 / 18:17

3 antwoord

4

Om beter te begrijpen wat flutter is, zie je de structuur als een massaveersysteem zoals een lenteslinger met een demper eraan gekoppeld. De aerodynamische krachten maken beide de veer stijver en dempen de beweging. Cruciaal is dat ze de beweging van de lenteslinger vertragen. Omdat het hier om oscillerende verschijnselen gaat, veroorzaakt deze vertraging een faseverschuiving. De hoeveelheid demping neemt toe bij dynamische druk en de faseverschuivingshoek neemt af met de vliegsnelheid.

Dingen beginnen interessant te worden wanneer de faseverschuivingshoek π nadert. De demper werkt nu niet tegen de beweging van de veerslinger, maar ondersteunt deze wel. In plaats van de amplitude van de beweging te verminderen, wordt deze groter - demping wordt negatief *. Flutter gebeurt .

Er zijn verschillende manieren om dat punt buiten de vluchtenvelop te verplaatsen:

  • Verminder de massa of traagheid van het massaveersysteem : nu de eigenfrequency van het systeem zal hoger zijn, dus de faseverschuiving zal n op een hogere snelheid benaderen. Als de motoren dichter bij de romp worden geplaatst, wordt de buigende eigenfrequentie van de vleugel groter, dus elke flutter waarbij vleugelbuigen optreedt, wordt onderdrukt. Een typisch geval is de flutter als gevolg van de koppeling van de snelle periode-modus met de vleugelbuigmodus in geveegd - terugvliegende vleugels.

  • Maak de veer stijver : dit verhoogt opnieuw de eigenfrequentie van de veer, dus een stijvere structuur zal de fluttersnelheid verhogen. Dit is echter geen wondermiddel: toen de Rockwell Commander 112 werd ontwikkeld, onthulde de vliegtest het gefladder van de horizontale staart. Een professor uit Kansas raadde versteviging van de staartboom aan en was er zo van overtuigd dat dit het gefladder zou verhelpen dat hij zich bij de volgende testvlucht aansloot om vervolgens met het vliegtuig te crashen. Zoals later bleek, verschoof de verstijving de fluttersnelheid zodanig dat de betreffende krachten de spar braken terwijl de flutter niet-destructief was met de zachtere spar op een lagere snelheid (zoals in deze video ).

  • De Eigenmodus van de veer wijzigen : als de beweging van de buigende vleugel tegelijkertijd een torsie toevoegt, en die torsie zal resulteren in een lagere aanvalshoek en, bijgevolg, heffen op het omhoog bewegende deel van de cyclus en omgekeerd, kan de aërodynamische demping worden verhoogd. Door het verschuiven van de motoren naar voren , zal de motormassa een dergelijk torsiemoment in de vleugel introduceren. Als de motor verder buitenboord staat, zal de motor massa een grotere torsiehoek veroorzaken met hetzelfde torsiemoment, waardoor het effectiever wordt om de motoren naar de wingtips te verplaatsen.

  • Verschuif de resonantiesnelheid onder de minimumvliegsnelheid : dit klinkt misschien gek, maar werkt soms: als je snel genoeg vliegt, kan de faseverschuiving klein genoeg zijn om de aërodynamische demping weer in de positief gebied, en het vlak zal niet fladderen met die bepaalde fluttermodus. Maar het kan nog steeds fladderen op een harmonische ...

Over het algemeen moet voor positieve demping het zwaartepunt van een onderdeel zijn elastische as . In het geval van bedieningsoppervlakken moet hun zwaartepunt zich in of vóór hun scharnierlijn bevinden. Dat is de reden voor massa's in balans brengen !

* om precies te zijn: zolang de demping de beweging vertraagt, is de dempingstermijn wiskundig negatief en wordt positief wanneer deze begint te ondersteunen.

    
antwoord gegeven 12.11.2017 / 20:53
1

Dit is een zeer interessante vraag, met een heel ingewikkeld antwoord! Het probleem van Aero-Elasticiteit is niet eenvoudig of eenvoudig op te lossen. De reden is dat de vergelijkingen (of beter het systeem van vergelijkingen) die het beschrijven niet eenvoudig zijn (in dit geval veroorzaakt de niet-lineariteit van de aerodynamische krachten de meeste van de analytische problemen). Flutter kan worden beoordeeld met een aero-elastische simulatie. De volgende afbeelding (van EPFL ) illustreert het systeem van vergelijkingen.

Zoalsjekuntzien,zijnerruwwegdriedingen(enhuninteractie)dieeenontwerpermoetonthouden:Dynamics,Fluid-MechanicsenStructuralMechanics.Gewoonlijkgebeurtditmetbehulpvanvereenvoudigdeversiesvanhetvliegtuig,zoalshetvolgende(gemaaktvan DLR ).

Op basis van deze vereenvoudigde weergaven van het vliegtuig kunnen handelsstudies worden uitgevoerd om een beter begrip te krijgen.

Het TL; DR-antwoord voor uw vraag is: Ja , u moet rekening houden met alle dingen die u hebt genoemd bij het ontwerpen van een luchtframe.

>

Bij het ontwerpen van een vliegtuig doet de positie van de motor er wel toe. Maar het is niet alleen de positie, maar ook de massa en de elastische eigenschappen van het luchtframe. Daarbovenop moet ook rekening worden gehouden met de aerodynamische krachten.

Er zijn geen eenvoudige recepten om flutter te verminderen, omdat de meeste alleen werken voor een beperkt aantal randvoorwaarden. Een zeer (vage) basis zou kunnen zijn: plaats motoren zodanig dat manoeuvreerbelastingen resulteren in een kleine (zo klein mogelijke) elastische vervorming (waardoor de hoeveelheid potentiële energie die in het luchtframe wordt opgeslagen) wordt verminderd.

Het andere recept is om te kijken wat anderen hebben gedaan. Omdat je het vliegtuig op een vergelijkbare manier wilt gebruiken, bieden andere fabrikanten vliegtuigen en gezien het feit dat je vergelijkbare materialen en productietechnieken gebruikt: je zou bestaande ontwerpen kunnen gebruiken als uitgangspunt voor je handelsstudie.

    
antwoord gegeven 12.11.2017 / 11:47
0

Nee, het verplaatsen van de motoren naar de vleugeltips zou niet de neiging tot flutter vergroten. Flutter kan worden voorgesteld als de neiging van de aërodynamica zichzelf loodrecht op de luchtstroom te draaien. De vleugelstructuur is elastisch en de elastische torsiedoos veert de vleugel weer terug - flutter is net als elk ondergedempt veer-massa-dempingsysteem dat kan gaan oscilleren.

Over het algemeen zijn de maatregelen die tegen flutter kunnen worden genomen:

  • Verminder de draaikracht: vermindert de amplitude van de oscillatie
  • Verhoog de torsiestijfheid. Maak het stijf genoeg en er is nauwelijks oscillatie
  • Verhoog de dempingskrachten. Reduceert het aantal overschrijdingen en de amplitude. Deze is niet gemakkelijk te doen in een vleugelconstructie.

Door de massa van het massaveersysteem te vergroten, wordt de overschrijdingsamplitude vergroot, de tijdsperiode van de oscillatie verlengd en het aantal overschrijdingen vergroot.

Dus de praktische maatregelen die kunnen worden genomen tegen flutter zijn:

  • Monteer een motor in de buurt van de vleugeltip, vóór de aëro-elastische as, dit vermindert de achterwaartse draaikracht van de luchtstroom. Hoe dichter bij de vleugeltip, hoe beter het zijn werk doet als flutter force reducer en wing bend reliever. Maar te dicht bij de punt en de landingsstoot is overdreven: er is een optimum.
  • Monteer de motor op de optimale afstand vóór de aëro-elastische as, te ver naar voren en de constructie voor het verhogen van de torsiestijfheid wordt te zwaar. Te ver terug en het doet zijn werk niet goed.

De ontwerpwending van de vleugel wordt berekend bij cruise-omstandigheden, de ingestelde aanvalshoek op de grond is niet echt kritiek als het vliegtuig ver genoeg kan terugdraaien.

Het monteren van de motor aan de achterkant van de romp in pods is in principe niet meer gedaan voor grotere vliegtuigen, die vraag is al een paar keer op deze site beantwoord.

    
antwoord gegeven 12.11.2017 / 14:22