On application of dynamical systems theory into inwestigation of critical flight regimes of flying vehicles

• Autorzy: Sibilski K.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Non-linear dynamics phenomena have become important for various aircraft motions. Manoeuvrability of an aircraft in critical flight regimes involes non-linear aerodynamics and inertial coupling. Dynamical systems theory provides a methodology for studying non-linear systems of ordinary differential equations. Bifurcation theory is a part of that theory which is considering changes in the stability, which lead to qualitatively different responses of the system. These changes are called bifurcations. The mathematical models used in the paper assume a rigid aircraft with movable control surfaces, and "invidual blade" rotorcraft model. Aerodynamic model includes also a region of higher angles-of-attack including deep stall phenomena. In the present paper, the wing-rock oscillations, and helicopter spin(i.e. intensive spiral glide motion) was studies by means of checking the stability characteristics related to unstable equilibria. Numerical simulations were used to verify the predictions. Wing-rock oscillations were studied to observe the chaos phenomenon in post-stall manoeuvres. Unsteady aerodynamics for prediction of the airfoil loads was included, and the ONERA-type stall model was used.

PL

Zastosowanie teorii systemów dynamicznych do badania krytycznych stanów lotu statków powietrznych. Ruch statku powietrznego jest opisywany za pomocą układu silnie nieliniowych równań różniczkowych zwyczajnych. Zlinearyzowanie równania ruchu nie mogą być zastosowane do opisu wielu zagadnień dynamiki lotu. Teoria systemów dynamicznych pozwala na efektywne badania nieliniowych równań różniczkowych. Teoria bifurkacji, będąca częścią teorii systemów dynamicznych, umożliwia badanie zmian stateczności, które ptowadzą do jakościowo różnych odpowiedzi systemu. Założono, że statek powietrzny jest nieodkształcalny. Uwzględniono stopnie swobody ruchomych powierzchni sterowych oraz łopat wirnika nośnego. Przyjęty model aerodynamiczny umożliwia uwzględnienie zjawiska głębokiego przeciągnięcia dynamicznego oraz niestacjonarności opływu(histereza współczynników aerodynamicznych). Za pomocą metodyki teorii systemów dynamicznych rozpatrzono osobliwości niestateczności typu wing-rock i tzw. "korkociągu" śmigłowca. W celu zweryfikowania przewidzianych niestabilności przeprowadzono cyfrową symulację tych ruchów. Zaobserwowano nieregularność rozwiązań charakterystycznych dla ruchów chaotycznych.

Słowa kluczowe

EN

flight mechanics; bifurcation theory; dynamical systems theory

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2000
• Tom: Vol. 38 nr 4
• Strony: 893--905
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Sibilski K.

• Military University of Technology, Warsaw

Bibliografia

• 1. AVANZINI G., DE MATTEIS G., 1998, Bifurcation Analysis of a Highly Augmented Aircraft Model, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 20, 1.
• 2. CARROLL J.V., MEHRA R.K., 1982, Bifurcation Analysis of Non-Linear Aircraft Dynamics, Journal of Guidance Control and Dynamics, 5, 5.
• 3. DOEDEL E., KERNEVEZ J.P., 1986, AUTO - Software for Continuation and Bifurcation Problems in Ordinary Differential Equations, Caltech, Pasadena.
• 4. GUCKENHEIMER J., HOLMES J., 1983, Nonlinear Oscillations, Dynamical Systems, and Bifurcations of Vector Fields, Springer, New York.
• 5. GUICHETEAU P., 1990, Bifurcation Theory in Flight Dynamics an Application to a Real Combat Aircraft, Proceedings of 17th ICAS Congress, ICAS-90-5.10-4, Stockholm, Sweden.
• 6. lOOS G., JOSEPH D., 1980, Elementary Stability and Bifurcation Theory, Springer-Verlag, New York.
• 7. JAHNKE C.C., CULICK F.E.C., 1994, Application of Bifurcation Theory to the High-Angle-of-Attack Dynamics of the F-14, Journal of Aircraft, 31, 1, 26-34.
• 8. MARUSAK A., PIETRUCHA J., SIBILSKI K., 2000, Prediction of Aircraft Critical Flight Regimes Using Continuation and Bifurcation Methods, AIAA Paper, AIA A-2000-0976.
• 9. NARKIEWICZ J., 1994, Rotorcraft Aeromechanical and Aeroelastic Stability Scientific Works of Warsaw University of Technology, Issue Mechanics, 158.
• 10. SIBILSKI K., 1998a, Bifurcation Analysis of a Helicopter Non-Linear Dynamics, Preprints of the 24th European Rotorcraft Forum, Marseilles, France.
• 11. SIBILSKI K., 1998b, Modelling of Agile Airships Dynamics in Limiting Flight Conditions, Rep. 2557/98, Military University of Technology, Warsaw.
• 12. TRAN C.T., PETOT D., 1981, Semi-Empirical Model for the Dynamic Stall of Airfoils in View of the Application to the Calculation of Responses of a Helicopter Rotor Blade in Forward Flight, Vertica, 5.
• 13. TROGER H., STEINDL A., 1991, Nonlinear Stability and Bifurcation Theory, Springer Verlag, New York.
• 14. WIGGINS S., 1990, Introduction to Applied Nonlinear Dynamical Systems and Chaos, Springer-Verlag, New York.