Wojciech Chajec

Wykorzystanie pomiarów rezonansowych do analizy flatteru samolotu po zmianie rozkładu masy

Streszczenie:

Praca zawiera metodę analizy aeroelastycznych drgań samowzbudnych opartą na wynikach pomiarów rezonansowych, z wykorzystaniem modelu masowego. Celem pracy jest opracowanie wygodnego sposobu wykonania analiz flatteru także dla innego rozkładu masy, niż podczas badań. Przyjęto model konstrukcji liniowej o niskim tłumieniu i zastosowano redukcję mo­dalną. Oprócz postaci zmierzonych uwzględniono tworzone teoretycznie postacie przemieszczeń samolotu poruszającego się jak bryła sztywna a także postacie przemieszczeń układów sterowania. Obliczenia flatteru wykonywane są w dziedzinie częstości.

 Punkty 1-4 zawierają informacje wprowadzające w dziedzinę aeroelastyczności. Omówiono także te zagadnienia, które w świetle doświadczenia autora zasługują na uwagę oraz miały wpływ na metodykę przedstawioną w dalszej części pracy. Autor uważa m. in. za konieczne wprowadzenie do obliczeń flatteru bardziej rozbudowanych modeli obliczeniowych układów sterowania, mianowicie, co najmniej takich, które umożliwiają zarówno uwzględnienie ruchu tego układu jak mechanizmu złożonego z członów sztywnych (nie­kiedy ruch ten także ma charakter drgań), jak też najniższej postaci drgań wynikających z podatności i masy jego elementów.

 Wykorzystanie modelu masowego całej konstrukcji umożliwiło zaniechanie pomiaru mas uogólnionych oraz wykonanie ortogo­nalizacji, czyli pewnej numerycznej korekty zmierzonych postaci rezonansowych opartej na znanej właściwości postaci wła­snych. Własną metodę przetwarzania wyników pomiarów postaci rezonansowych oraz zaczerpniętą z literatury metodykę ich ortogonalizacji opisano w p. 5. Poprzez dodanie zbudowanych numerycznie postaci wychylania swobodnych powierzchni ste­rowych i wykonanie względem nich ortogonalizacji pozostałych postaci uzyskano możliwość symulacji przypadku nie objętego próbami rezonansowymi: powierzchni sterowych wychylanych bez tarcia w granicach luzu lub odłączonych od napędu.

 W p. 6. przedstawiono własną metodę wyznaczenia drgań własnych swobodnego samolotu o zmienionym rozkładzie masy na podsta­wie wyników pomiarów rezonansowych samolotu przed zmianą masy oraz modelu masowego przed tą zmianą i po niej. Zmiana masy powoduje, że macierz mas modalnych przed wykorzystaniem aktualnych postaci własnych w ogólności jest macierzą pełną. Metoda nie korzysta z jawnego modelu sztywnościowego, więc warunkiem jej stosowania jest niezmienność sztywności analizowanego obiektu.

 Praktyczną realizacją metody jest opisane w p. 7. oprogramowanie komputerowe stanowiące modyfikację i uzupełnienie systemu numerycznej analizy flatteru z klasycznym, pasowym modelem aerodynamiki niestacjonarnej i obliczeniami flatteru metodą V-g (wykonanego w IPPT PAN pod kierunkiem Mirona Nowaka, modyfikowanego i używanego w PZL-Mielec).

 W p. 8. zamieszczono sprawdzenie metody na konkretnych danych oraz kilka przykładów jej praktycznego zastosowania do obliczeń flatteru za pomocą wspomnianego oprogramowania. Umożliwia ono wprowadzenie do obliczeń flatteru zarówno diagonalnej, jak też pełnej macierzy masowej, dzięki czemu sprawdzono, że wyniki obliczeń flatteru uzyskane obydwoma sposobami są takie same. Wykorzystanie proponowanej metody jest jednak użyteczne, bo daje orientację, jak zmiana masy zmienia drgania własne, ułatwia animację postaci flatteru a ponadto umożliwia wykorzystanie do obliczeń flatteru innego, nowocześniejszego oprogramowania (model aerodynamiczny, metoda rozwiązania równania flatteru) zwykle zakładającego wykorzystanie unormowanych drgań własnych, czyli jednostkowej macierzy mas modalnych.