A feasibility study on the behaviour of a helicopter smart blade aimed at blade tip morphing

• Autorzy: Testa C. , Leone S. , Ameduri S. , Concilio A.

Warianty tytułu

PL

Studium wykonalności działania „ineligentnej” łopaty helikoptera wyposażonej w układ sterowania kształtem jej końca

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, the behaviour of a hingeless helicopter blade with a novel integrated smart morphing actuator is studied. The proposed smart device is aimed at the reduction of BVI noise through transformation of the blade tip shape into an anhedral tip type and is based on the concept of a variable-stiffness blade. In detail, the blade morphing is obtained through joint action of a magnetorheological-fluid (MRF) device, shape-memory alloy (SMA) tie-rods and a set of concentrated masses properly distributed spanwise. In this architecture, the MRF system has to provide local bending-stiffness reduction and concentrated masses have to provide inertial moments whereas the SMA tie-rods have to mould the blade tip shape. Since the equilibrium configuration of the smart blade deeply depends on the interaction between the aeroelastic response and the actuation loads, in this work a numerical investigation examines potentiality and shortcomings of the proposed integrated smart system to morph a realistic blade with respect to the baseline configuration.

PL

W pracy przedstawiono analizę właściwości bezprzegubowej łopaty helikoptera, w której zastosowano nowy, zintegrowany i aktywny układ oddziaływania na kształt łopaty. Zadaniem tego układu jest redukcja hałasu generowanego wskutek interakcji łopaty i wywołanych jej ruchem wirów ośrodka (blade-vortex interaction – BVI) poprzez zmianę kształtu końca łopaty celującego w uzyskanie ujemnego wzniosu. Metoda wykorzystuję koncepcję łopaty o zmiennej sztywności. W szczególności, kształtowanie łopaty jest sumarycznym efektem działania magneto-reologicznego aktuatora A feasibility study on the behaviour of a helicopter... 921 (MRF), drążków wykonanych ze stopu z pamięcią kształtu (SMA) i zestawu mas skupionych odpowiednio rozłożonych wzdłuż łopaty. W takiej architekturze, podzespół MRF wprowadza lokalną redukcję sztywności giętnej, masy skupione wprowadzają dodatkowy moment bezwładności, podczas gdy drążki SMA sterują kształtem końca łopaty. Ponieważ konfiguracja położenia równowagi „inteligentnej” łopaty silnie zależy od aerosprężystej odpowiedzi układu oraz sił generowanych przez elementy wykonawcze (aktuatory), w pracy skupiono badania na numerycznej symulacji potencjału i ograniczeń wynikających z zastosowania zaproponowanej metody oddziaływania na kształt rzeczywistej łopaty względem konfiguracji bazowej.

Słowa kluczowe

EN

smart structures; anhedral helicopter blade

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 47 nr 4
• Strony: 897--921
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Testa C.

autor

Leone S.

autor

Ameduri S.

autor

Concilio A.

• INSEAN – Italian Ship Model Basin, Propulsion and Cavitation Department, Rome, Italy,

Bibliografia

• 1. Ameduri S., Gianvito A., 2008, Risultati Campagna Sperimentale di Caratterizzazione del Filo di SMA, CIRA-CF-08-1198, Internal report, Capua (CE), September 2008 [in English]
• 2. Hodges D.H., Dowell E.H., 1974, Nonlinear Equation for the Elastic Bending and Torsion of Twisted nonuniform Rotor Blades, NASA TND7818
• 3. Hodges D.H., Ormiston R., 1976, Stability of Elastic Bending and Torsion of Uniform Cantilever Rotor Blades in Hover with Variable Structural Coupling, NASA TND8192
• 4. Johnson W., 1980, Helicopter Theory, Princeton University Press
• 5. Kwon O.J., 1988, A Technique for the Prediction of Aerodynamics and Aeroelasticity of Rotor Blades, Phd Thesis, Georgia Institute of Technology
• 6. Liang C., Rogers C.A., 1990, One-dimensional thermomechanical constitutive relations for shape memory materials, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 1, 207-233
• 7. Prouty R.W., 1993, Even More Helicopter Aerodynamics, Chapter 29, Phillips Pub. Co.
• 8. Splettstoesser W.R, Niesl G., Cenedese F., Papanikas D.G., 1993, Experimental results of the European HELINOISE aeroacoustic rotor test in the DNW, 19th European Rotorcraft Forum Proceedings (Paper B8), Cernobbio, Italy
• 9. Srinivasan A.V., McFarland D.M., 2001, Smart Structures – Analysis and Design, Cambridge University Press, pp. 73-96
• 10. Testa C., Leone S., Ameduri S., Concilio A., 2005, Feasibility study on rotorcraft blade morphing in hovering, 12th SPIE International Symposium on Smart Structures and Materials (SPIE 2005), San Diego-California (USA)
• 11. Tung C., Lee S., 1994, Evaluation of hover prediction codes, Proceedings of the 50th Annual Forum of Am. Hel. Soc., Washington, DC