Análise aeroelástica de uma seção típica considerando o modelo aerodinâmico Beddoes-Leishman - Altarni, Vinícius Rosolen [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
Compreender como é o comportamento de uma estrutura imersa em um escoamento, e sua resposta dinâmica quanto aos esforços inerciais, elásticos e aerodinâmicos é de suma importância e a aeroelasticidade é o ramo da engenharia aeronáutica responsável por isso. Asas de aviões, rotores de helicópteros e pás de geradores eólicos são exemplos de estruturas presentes no universo aeronáutico, e sujeitas a um efeito chamado flutter, de natureza particularmente catastrófica. Diversos estudos tentam representar e entender as características desse efeito, tentando prever e mitigá-lo. Um desses estudos é a metodologia semi-empírica proposta por Beddoes-Leishman, que reúne diversas características atraentes, como a utilização de aerodinâmica não estacionária e aerodinâmica não linear. Esta, por sua vez, é responsável por descrever um fenômeno conhecido como estol dinâmico, e levar em consideração na resposta os efeitos gerados por essa não linearidade, como por exemplo o desprendimento de vórtice e como ele afeta o carregamento aerodinâmico. Isso garante uma resposta bastante realista ao modelo simulado. Ainda, o modelo de Beddoes-Leishman é aplicável para elevados ângulos de ataque, é facilmente representado por equações em espaço de estado, e tem um custo computacional baixo para solução. A integração numérica das equações diferenciais ordinárias é realizada via MATLAB pelo método de Runge-Kutta de quarta ordem. Neste trabalho, é feito um estudo mais aprofundado especificamente na influência dos parâmetros não lineares na contribuição dos coeficientes totais - sustentação e momento de arfagem - em situação de flutter sob estol dinâmico num perfil NACA 0012.

Understanding the behavior of a structure immersed in a flow, and its dynamic response to inertial, elastic, and aerodynamic forces is of paramount importance. Aeroelasticity is the branch of aeronautical engineering responsible for this. Airplane wings, helicopter rotors, and wind turbine blades are examples of structures in the aeronautical realm subject to a particularly catastrophic effect called flutter. Various studies attempt to represent and understand the characteristics of this effect, trying to predict and mitigate it. One of these studies is the semi-empirical methodology proposed by Beddoes-Leishman, which includes several attractive features, such as the use of unsteady and nonlinear aerodynamics. This, in turn, is responsible for describing a phenomenon known as dynamic stall, and takes into account the effects generated by this nonlinearity, such as vortex shedding and how it affects aerodynamic loading. This ensures a very realistic response to the simulated model. Furthermore, the Beddoes-Leishman model is applicable for high angles of attack, is easily represented by state-space equations, and has a low computational cost for solving. The numerical integration of the ordinary differential equations is carried out via MATLAB using the fourth-order Runge-Kutta method. In this work, a more in-depth study is conducted specifically on the influence of nonlinear parameters on the contribution of total coefficients - lift and pitching moment - in a flutter situation under dynamic stall on a NACA 0012 airfoil.
Aeroelastic analysis of a typical section considering the Beddoes-Leishman aerodynamic model
Keywords: Aeroelasticidade; Aeronáutica; Engenharia; Oscilações; Simulação por computador