Aeroelasticity study of tiltrotor concept-whirlflutter
Instabilité du flottement gyroscopique des convertibles
Résumé
In cruise flight, the tiltrotor (VSTOL) is subject to a dynamic aeroelastic instability called whirl flutter. This phenomenon is characterized by whirl movements of the rotor that increase structure load and whose consequences can be fatal. The aim of this study is to set up an analytical model allowing to accurately simulate whirl flutter. A modelisation tool has been developed in order to adapt easily the analytical model to the choice of the studied system. The Lagrange equations are used and developed at first order. Aerodynamic blade loads are introduced using a quasistatic two-dimensional linear lift model. The final equations represent the isolated assembly wing-mast-rotor. This study is based on a 3 blade gimbal rotor with pitch flap coupling and the pitch adapts automatically to the forward speed. The analytical model has been validated for different fight speeds and different wing stiffness using wind tunnel data obtained with a semi-span model. The predicted critical speeds are verified and parameter studies provide knowledge that will allow to optimize the characteristics of the system in order to increase aeroelastic stability.
En vol de croisière, le convertible (ADAV) est soumis à une instabilité de type aéroélasticité dynamique, appelée flottement gyroscopique. Ce phénomène se caractérise par un mouvement de précession du rotor qui accélère la fatigue et augmente les charges sur la structure, et dont les conséquences peuvent être catastrophiques. Le but de cette étude est de mettre en place un modèle analytique permettant de reproduire avec précision le flottement gyroscopique. Pour cela, un outil de mise en équation a été développé afin de faire évoluer le modèle analytique suivant le choix du système à étudier. Les équations de Lagrange sont utilisées et développées à l'ordre 1. Les efforts aérodynamiques du rotor sont représentés par un modèle quasi statique plan d'ordre 1. Le système final étudié est constitué de l'ensemble isolé aile - mât - rotor du convertible. Le rotor 3 pales avec liaison K, est de type gimbal, et le pas des pales s'adapte automatiquement en fonction de la vitesse d'avancement de l'appareil. Grâce aux données expérimentales obtenues en soufflerie sur une maquette constituée d'une demi - aile, le modèle analytique a été validé pour différentes configurations de vitesse d'avancement et de raideurs de l'aile. Les vitesses critiques d'apparition du flottement gyroscopique sont retrouvées, et des simulations de balayages paramétriques permettent de proposer différentes configurations sur les caractéristiques du système pour repousser la limite de stabilité