EST-55 -AEROELASTICIDADE

Aeroelasticidade - Ensaios em solo

Transonic flutter dip

Difícil de calcular !

Ensaios Aeroelásticos

Objetivos de um teste

• Faixa de velocidades• Definição da calibração• Capacidade da instalação

– custo– Opções de testes

• Considerações sobre a velocidade de teste:– Condições transônicas são de maior interesse– Validação de análise subsônicas

• Capacidades das instalações de teste:– Faixa de velocidade, pressão, meio de teste,fixação do modelo, ações

preventivas (segurança), restrição do modelo, válvulas de bypass, redes de proteção, produtividade, acesso ao modelo, sistemas de excitação do modelo, controle de temperatura.

Ensaios Aeroelásticos

• Meios de teste:– Ar

– Nitrogênio

– R-134a

Empenagem e fuselagem trazeira do DC-10

Tipos de modelos: Componentes

• Modelos de componentes sãoempregados para avaliar o comportamento aeroelástico de partes de aeronaves tais comoempenagens, semi-asas, etc.

• Modelo maiores, construçãosimplificada

• Normalmente engastados nasparedes ou em mastros, maspode-se adaptar suporteselásticos para simular a conexãocom a estrutura da aeronave.

Tipos de modelos: Semi-Envergadura

• Empregados para simular efeitosdas asas em empenagens oumesmo para considerar o efeitoda fuselagem

• Não é representativo do pontode vista dinâmico- estrutural, nãoreproduz todos os modos, mas é mais barato de se construir e fixar no túnel

Tipos de modelos: Semi-Envergadura

Tipos de modelos: Completos

• Mais caros, mais representativos, e de difícil construção.

• Normalmente suportados por cabos para simular uma condição de vôo (livre-livre)

Intrumentação

– Extensômetros

– Acelerômetros– Transdutores de pressão

• Estática• Não estacionária

– Balanças para medir esforços

– LVDT/RVDT

– Inclinômetros– Filmagem de alta velocidade

– PSP – pressure sensitive painting (and TSP)

Sistemas de excitação

SuportesSTING MOUNT -

Balança tipo Sting

• Vantagens– Modelos com envergadura total

– Minimiza os efeitos de interferência dos suportes

– Instrumentação mais simplificada do que sistemas restritos por cabos

• Desvantagens– Custo do sietma de fixação

usualmente é elevado

Suporte tipo “Sting”

Suporte por cabos

CABLE-MOUNT MODELS – Modelos suportados por cabos

• Vantagens– Simulação mais realista da aeronave em vôo livre

• Do ponto de vista aerodinâmico;• Simula-se os efeitos de escala dinãmica representando a estrutura da

aeronave real com mais propriedade• Contribuição de modos de corpo rígido

• Desvantagens– Teste de alto risco

Suporte por cabos

Suporte por cabos

Suporte por barra (guia)

Projeto de modelos

• Definição do tamanho da maquete (modelo)– Escala– Suportes– Segurança– Controle remoto– Instrumentação

• Depende do tamanho da seção de testes• Regras para testes transônicos em túnel de vento:

– Envergadura do modelo/ largura do túnel ~ 0.40– Area em planta do modelo/área da seção transversal do túnel ~ 0.15– Área da seção trasversão do modelo / área da seção transversal do túnel

~ .01 até .015

• Correção dos efeitos de paredes através de CFD (alternativa)

Projeto de modelos

• Modelo em escala aeroelástica– Fazer o modelo em escala é fácil, o problema é realizar um teste em

condições que representam o efeito aeroelástico na escala real

• Gás pesado: ~ 4 vezes mais denso que o ar– Velocidade do som baixa: aR-134a ~ 0.5 aAir

– Para pressões dinâmicas equivalentes, a potência requerida para o freon R-134a < que a potência requerida para o ar

• Gás pesado é vantajoso para teste aeroelástico– O modelo pode ser mais pesado

– Frequências mais baixas

– Pode-se simular considerando similaridade de parâmetros tais como o número de Froude, Mach e razão de massa

Parâmetros de Similaridade

• Velocidade do Fluido/frequência - V/ωb– Velocidade reduzida, comprimento de onda reduzido

• Velocidade do Fluido/velocidade do Som - Mach

• Aceleração do fluido/gravidade = V2/Lg; número de Froude

• Massa do corpo/massa aparente do fluido – razão de massa

OutrosParâmetros de Similaridade

• Forças de inércia do fluido / forças viscosas do fluido– Reynolds

• Forças no fluido / forças elásticas– Frequência / velocidade do som - ωL/af número de Mach modificado

• Aceleração da vibração/ aceleração da gravidade– Número de Froude Modificado - w2L/g

• O efeito de escala no número de Mach é importante para a simulaçãode efeitos transônicos - ωL/af

Segurança dos modelos(e do túnel também!)

• Como são caros, vale a pena investir em dispositivos de segurança;

– Massas móveis– Sistemas de suporto com rigidez variável

– Estrutura “ back-up”

– Sistemas de corte de operação do túnel– Válvulas de “bypass”

Referências

• “Aeroelasticity”; R. L. Bisplinhof, H. Ashley, R.L.Halfman; Addison-Wesley 1955

• “Flutter Model Technology”; R. Busan; Wright Laboratory WL-TR-97-3074; 1998

Ensaios de vibração no solo

• ENSAIOS DE VIBRAÇÃO NO SOLO – “GROUND VIBRATION TEST” - GVT

• O GVT é usado para identificar:– Frquencia, amortecimento e características de resposta dinâmica de

uma estrutura– Modos de vibração associados a uma resposta estrutural

• O GVT é importante para o refinamento do modelo matemático da estrutura;

• Medidas obtidas através de GVT podem fornecer uma modelo matemático alternativo e mais rigoroso

• Elemento (instrumento) cahve para o GVT - acelerômetro

Ensaios de Vibração – modos e frequências naturais de um corpo

http://macl.caeds.eng.uml.edu/umlspace/feb98.pdf

Medida de aceleração

– Os acelerômetros podem ser fixos ou variarem a posição ao longo da estrutura;

– A sua direção (eixo com o qual está alinhado) é importante;

– Teste de reciprocidade – verifica se o sistema de excitação é suficiente para que todos os acelerômetros consigam medir vibrações;

– Análise modal clássica – contexto linear;

– É desejável isolar os modos de corpo rígido de um corpo, quando o mesmo está na condição livre;

– Ortogonalidade, [φ]T [M ] [φ] = [ I ] e linearidade, {F}=[K]{x}, devem sempre ser verificadas!

Sistema de excitação• GVT é baseado na medida de vibração

da estrutura excitada por uma entrada conhecida– I – Input – vibrador (shaker), ou

martelo de impacto– O - Output – acelerômetros fixos ou

móveis

• Identifica-se frequências e modos de forma a partir da entrada conhecida– Tipos de excitação : “shaker” fornece

varreduras em seno, entrada randômica, shirp

– Martelo de impacto – entrada impulsiva (transiente)

Resposta dinâmica

• A resposta dinâmica da estrutura consiste da superposição de todos os modos naturais de vibração da estrutura– Varreduras em seno identifica ressonâncias, investigação de

determinadas frequências.

– Excitação randômica identifica todos modos e frequências

– Deve isolar a estrutura do ponto de vista de ruídos elétricos, eletromagnéticos ou mesmo mecânicos

– O amortecimento modal é identificado da relação entre a altura e a largura de um determinado pico ressonante.

Fixação de “shakers”

Ensaios de vibração no solo

Ensaios de vibração no solo

Ensaios de vibração no solo

Suporte de “Shaker”

Fixação de acelerômetros