مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل آیروالاستیک بال سوئیپ دوگانه با یک قسمت فلزی و یک قسمت کامپوزیتی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه مهندسی هوافضا، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 گروه مهندسی هوافضا، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
چکیده
در این مقاله به بررسی رفتار آیروالاستیک یک بال دوقسمتی که هر قسمت دارای یک زاویه سوییپ است و از دو قسمت فلزی و کامپوزیتی با لایه‌چینی متقارن ساخته ‌شده می‌پردازیم. راهکارهای مختلفی برای به‌تاخیرانداختن ناپایداری آیروالاستیسیته ارایه شده ‌است. یکی از این راهکارها استفاده از کامپوزیت در سازه است. بال هواپیما به‌صورت یک تیر یک‌سرگیردار که از تغییر طول محوری آن صرف ‌نظر شده و دارای ۳درجه آزادی خمشی/خمشی/پیچشی است، در نظر گرفته شده ‌است. به‌منظور مدل‌سازی آیرودینامیک از تئوری جریان ناپایا در حوزه زمان براساس تابع وگنر استفاده می‌شود و فرآیند محاسبه سرعت وقوع ناپایداری با کمک کد نرم‌افزاری تهیه‌شده،‌ انجام می‌شود. در نهایت تاثیر نسبت طول قسمت فلزی به طول کل بال و همچنین زاویه عقبگرد قسمت کامپوزیتی روی سرعت وقوع ناپایداری بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش طول قسمت فلزی به طول کل تا مقدار ۰/۹ ابتدا سرعت وقوع ناپایداری افزایش می‌یابد و سپس کاهش خواهد یافت، همچنین زاویه عقبگرد منفی نسبت به زاویه عقبگرد مثبت قسمت کامپوزیتی تاثیر بهتری روی سرعت وقوع ناپایداری دارد. براساس این نتایج بهتربن زاویه عقبگرد منفی زاویه ۳۰ درجه است که در این زاویه سرعت وقوع ناپایداری بیشترین مقدار را داراست. همچنین بررسی‌ها نشان می‌دهد که با افزایش زاویه عقبگرد منفی از ۹۰-۰درجه در زوایای الیاف مختلف سرعت وقوع ناپایداری تا زاویه عقبگرد ۲۰- کاهش و سپس کمی افزایش می‌یابد. با افزایش زاویه سوییپ از صفر تا ۸۰درجه در زوایای الیاف مختلف سرعت وقوع ناپایداری کاهش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Aeroelastic Analysis of a Double-Sweep Wing with the Metal/Composite Sections

نویسندگان English

Sh. Shams 1
M. Keshtgar 2
M. Mansouri 1
1 Aerospace Engineering Department, New Sciences & TechnologiesFaculty, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Aerospace Engineering Department, Aerospace Engineering Faculty, K.N. Toosi University, Tehran, Iran
چکیده English

In this paper, we investigate the aeroelastic behavior of double-sweep metal and symmetric composite layup wings. Various strategies have been proposed to suppuration of instability such as using the composite materials in structure. The wing is considered as a cantilever beam with 3 degrees of freedom of bending/ bending/ torsional. For aerodynamic modeling, the quasi-steady and unsteady flow theory in the time domain is used based on the Wagner function and the process of calculation of the flutter velocity is provided in form of software code. Finally, the effect of the ratio of length of the isotropic on the total length of the wing as well as the swept angle of the composite section on the flutter speed have been investigated. The results show that with increasing the length of ratio of the metal part to the total length up to 0.9, the speed of instability increases and after that position, it decreases. Also, negative sweep angle of the swept part of wing increases the speed of instability than the positive sweep angle of the composite part. The results show the best angle of fiber is 30 degrees in range of negative sweep angle, having the highest speed of instability. Also, studies show that with increasing the negative sweep angle from -90 to 0 degrees at different angles of fiber, the speed of instability decreases till to -20 degrees of sweep angle and, then, increases slightly. With increasing the sweep angle from 0 to 80 degrees at different angles of fiber, the speed of instability decreases.

کلیدواژه‌ها English

Speed of Instability
Aeroelastic
Isotropic
Composite
Sweep
Lottati I. Flutter and divergence aeroelastic characteristics for composite forward swept cantilevered wing. Journal of Aircraft. 1985;22(11):1001-1007. [Link] [DOI:10.2514/3.45238]
Weisshaar TA. Aeroelastic tailoring-creative use of unusual materials. 28th Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, 6-8 April, 1987, Monterey, California, U.S.A. Reston: AIAA; 1987. [Link]
Lazarus KB, Crawley EF, Bohlmann JD. Static aeroelastic control using strain actuated adaptive structures. Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 1991;2(3):386-410. [Link] [DOI:10.1177/1045389X9100200307]
Ehlers SM, Weisshaar TA. Static aeroelastic behaviour of an adaptive laminated piezoelectric composite wing. 31st Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, 2-4 April, 1990, Long Beach, California, U.S.A. Reston: AIAA; 1990. [Link]
Pai PF, Nayfeh AH. Non-linear non-planar oscillations of a cantilever beam under lateral base excitations. International Journal of Non Linear Mechanics. 1990;25(5):455-474. [Link] [DOI:10.1016/0020-7462(90)90012-X]
Anderson TJ, Nayfeh AH, Balachandran B. Experimental verification of the importance of the nonlinear curvature in the response of a cantilever beam. Journal of Vibration and Acoustics. 1996;118(1):21-27. [Link] [DOI:10.1115/1.2889630]
Malatkar P, Nayfeh AH. A parametric identification technique for single-degree-of-freedom weakly nonlinear systems with cubic nonlinearities. Journal of Vibration and Control. 2003;9(3-4):317-336. [Link]
Weisshaar TA, Foist BL. Vibration tailoring of advanced composite lifting surfaces. Journal of Aircraft. 1985;22(2):141-147. [Link] [DOI:10.2514/3.45098]
Bauchau OA, Hong CH. Nonlinear composite beam theory. Journal of Applied Mechanics. 1988;55(1):156-163. [Link] [DOI:10.1115/1.3173622]
Pai PF, Nayfe AH. Three dimensional nonlinear vibration of composite beam-I. Equation of motion. Nonlinear Dynamics. 1990;1(6):477-502. [Link] [DOI:10.1007/BF01856950]
Haddadpour H, Kouchakzadeh MA, Shadmehri F. Aeroelastic instability of aircraft composite wings in an incompressible flow. Composite Structures. 2008;83(1):93-99. [Link] [DOI:10.1016/j.compstruct.2007.04.012]
Jacobsen LS. Natural frequencies of uniform cantilever beams of symmetrical cross- section. Journal of Applied Mechanics, A-1. 1938;5. [Link]
Amoozgar MR, Irani S, Vio GA. Aeroelastic instability of a composite wing with a powered-engine. Journal of Fluids and Structures. 2013;36:70-82. [Link] [DOI:10.1016/j.jfluidstructs.2012.10.007]
Shams Sh. Investigating the aeroelastic behavior of flexible composite wings with high aspect ratio with nonlinear geometric behavior in incompressible flow [Dissertation]. Tehran: Amirkabir University of Technology; 2008. [persian] [Link]
Shams Sh, Sadr Lahidjani MH, Haddadpour H. Nonlinear aeroelastic response of slender wings based on Wagner function. Thin Walled Structures. 2008;46(11):1192-1203. [Link] [DOI:10.1016/j.tws.2008.03.001]
Shams Sh, Sadr Lahidjani MH, Haddadpour H. An efficient method for nonlinear aeroelasticy of slender wings. Nonlinear Dynamics. 2012;67(1):659-681. [Link] [DOI:10.1007/s11071-011-0018-2]
Patil MJ, Hodges DH, Cesnik CES. Limit-cycle oscillations in high-aspect-ratio wings. Journal of Fluids and Structures. 2001;15(1):107-132. [Link] [DOI:10.1006/jfls.2000.0329]
Karpouzian G, Librescu L. Comprehensive model of anisotropic composite aircraft wings suitable for aeroelastic analyses. Journal of Aircraft. 1994;31(3):703-712. [Link] [DOI:10.2514/3.46551]
Mazidi A, Fazelzadeh SA. Flutter of a swept aircraft wing with a powered engine. Journal of Aerospace Engineering. 2009;23(4):243-250. [Link] [DOI:10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000037]
Golparvar H, Nasrollahzade M, Hosseinian A. Investigating the effects of sweep angles on the boundary dynamic instability using Peters pattern. 10th International Conferece of Iranian Aerospace Society, 1-3 March, 2011, Tehran, Iran. Tehran: Iranian Aerospace Society; 2011. [Persian] [Link]