Aplicação de materiais inteligentes para controle da instabilidade de whirl-flutter - Bastos, Sérvio Túlio Suenai Haramura [UNESP] (My University, 2021)
O fenômeno do whirl-flutter é entendido como uma instabilidade aeroelástica que deve ser considerada durante o projeto de uma aeronave. Esse é provocado pelo acoplamento de todos os modos estruturais da asa com as forças aerodinâmicas que atuam nas pás das hélices e o efeito giroscópico que age no rotor produzindo um movimento instável que pode causar danos e até falhas estruturais na aeronave. Normalmente, hélices ou rotores em um nacele de uma asa são susceptíveis a tal fenômeno, especialmente quando esses possuem grande diâmetro, como no caso das aeronaves com capacidade de decolagem e pouso vertical (VTOL) com rotores móveis, como as tilt-rotors. Para uma determinada velocidade de cruzeiro tal instabilidade influencia no design dos rotores, da asa e dos pylons. Em virtude dos complicados princípios físicos que compõem esse fenômeno torna-se fundamental realização de experimentos para a validação dos resultados obtidos analiticamente. Com o fim de melhorar o desempenho de tais aeronaves diversos estudos buscaram formas de controle vibracional dos rotores das aeronaves, sendo que a alternativas com materiais piezoelétricos, que podem ser aplicados tanto passivamente como transdutores (energy harvesting) como atuadores (ativamente), tem sido buscadas. Com tal material, pode-se melhorar as margens de estabilidade do sistema e realizar o controle vibracional contribuindo para a redução do custo de manutenção e operação e melhorar a performance de diversas aeronaves. Dessa forma, fica clara a importância tanto do fenômeno ora apresentado e da aplicabilidade dos materiais piezoelétricos e, portanto, propõem-se a realização da análise numérica para o controle vibracional do whirl-flutter em rotores de aeronaves aplicando-se materiais piezoelétricos de maneira passiva, ativa e híbrida. Em concomitância, será desenvolvido um aparato experimental, com a possibilidade de validação experimental dos resultados numéricos. Com os resultados da presente proposta espera-se obter formas mais efetivas para o controle da presente instabilidade em rotores de aeronaves.
Os dados da pesquisa serão criados ou coletados através de simulações numéricas e análises experimentais. Os dados numéricos, obtidos pelas simulações, serão organizados em forma de tabelas e representações gráficas. Já os dados experimentais (sinais da resposta estrutural), obtidos por ensaios em túnel de vento, deverão ser tratados para obter-se tabelas e representações gráficas. Acredita-se que o volume de dados máximo obtido seja de até 100Gb. Os dados obtidos pelas simulações numéricas serão obtidos a partir do modelo teórico implementado no softwareMatlab 2016a. Já os dados experimentais deverão ser obtidos através de ensaios em túnel de vento obtendo-se sinais da resposta do sistema que deverão ser tratados e analisados no mesmo software que as simulações numéricas.
Keywords: Aeroelasticidade; Dinâmica estrutural; Turbulência