Un modello agli stati finiti per l'aerodinamica di rotori in volo di avanzamento con applicazioni aeroservoelastiche

Abstract

I modelli aerodinamici di ordine ridotto sono strumenti che possono essere convenientemente applicati in gran parte delle applicazioni di ricerca e di progettazione, in campo aeronautico e meccanico. Il presente lavoro delinea una metodologia per l'identificazione di un modello di ordine ridotto (ROM) descrivente l'aerodinamica non-stazionaria, linearizzata, di un rotore d'elicottero in volo di avanzamento. Tale metodologia risulta essere particolarmente adatta per la derivazione, nello spazio di stato, dell'operatore aeroelatico perturbativo e conseguentemente per analisi di stabilità ed applicazioni aeroservoelastiche. Essa è definita in termini di coordinate multipale e porta ad ottenere una forma differenziale, lineare, a coefficienti costanti, che relaziona i carichi aerodinamici con i corrispondenti carichi aerodinamici multipala. Questo approccio richiede la predizione, ottenuta mediante un solutore aerodinamico, delle risposte armoniche perturbative. L'accuratezza del ROM identificato, nella descrizione dei fenomeni aerodinamici, non-stazionari, è connessa a quella del solutore aerodinamico. Effetti aerodinamici complessi (come roll up di scia ed interazione pala-scia), qualora catturati nella valutazione delle risposte armoniche, sono inclusi nel ROM. Nel presente lavoro, per la definizione delle risposte armoniche, si usa un solutore aerodinamico agli elementi di contorno (BEM) per flussi potenziali. La validazione della metodologia è condotta considerando un rotore di elicottero semirigido in volo d'avanzamento. In particolare si analizza l'accuratezza dell'aerodinamica ROM introdotta, sia in termini di predizione dei carichi aerodinamici, che in termini di analisi di stabilità aeroelastica. Si procede anche con un'applicazione aeroservoelastica, al fine di mostrare l'efficacia della metodologia nella definizione di compensatori. Considerando successivamente un rotore elastico in volo di avanzamento, si applica la metodologia per l'analisi aeroelastica in diverse condizioni d'avanzamento. I corrispondenti risultati sono comparati con i dati numerici e sperimentali disponibili in letteratura. Ciò permette di validare ulteriormente la metodologia introdotta.