Análise dos efeitos de ligas com memória de forma e de fenômenos aerodinâmicos não lineares em regime pós-flutter para a coleta piezo-aeroelástica de energia

Abstract

Neste trabalho é verificado o efeito combinado de duas não-linearidades, uma estrutural e outra aerodinâmica, no comportamento eletro-aeroelástico de um aerofólio com dois graus de liberdade: translação no eixo vertical e rotação em torno do centro elástico. A não-linearidade estrutural advém do efeito superelástico proporcionado pelo ciclo de histerese da transformação entre as fases austenítica e martensítica do par antagônico de molas helicoidais em liga de memória de forma Ni-Ti, que constituem o vínculo de rotação do aerofólio. A não-linearidade aerodinâmica advém do efeito cumulativo dos vórtices gerados a partir do descolamento da camada limite aerodinâmica durante o estol dinâmico, cuja implementação baseia-se no modelo de Beddoes-Leishman. São investigados os efeitos combinados dessas não-linearidades em regime de pós-flutter com vistas a melhoria do envelope de colheita de energia elétrica através de acoplamento piezoelétrico realizado sobre o vínculo de translação. Os resultados demonstraram ampliação significativa do intervalo de velocidades para colheita de energia a partir da aplicação de valores adequados de pré-carga às molas em liga de memória de forma.

In this work the combined effect of two nonlinearities, one structural and the other aerodynamic, is verified on the electro-aeroelastic behavior of a two degrees of freedom (2-DoF) airfoil: translation on the vertical axis and rotation around the elastic center. The structural non-linearity comes from the superelastic effect provided by the hysteresis cycle of the transformation between the austenitic and martensitic phases of the antagonistic pair of helical springs made in Ni-Ti shape memory alloy, which constitute the airfoil’s rotation link. The aerodynamic nonlinearity arises from the cumulative effect of the vortices generated from the detachment of the aerodynamic boundary layer during the dynamic stall, whose implementation is based on the Beddoes-Leishman model. The combined effects of these nonlinearities are investigated in the post-flutter regime in order to improving the energy harvesting envelope through piezoelectric coupling performed on the translation link. The results demonstrated a significant expansion of the speed range for energy harvesting by applying appropriate preload values on the shape memory alloy springs.