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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37260
ORCID: | ![]() |
Document type: | Trabalho de Conclusão de Curso |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Implementação de controle ativo para supressão de flutter de uma seção típica bidimensional |
Alternate title (s): | Implementation of flutter suppression active control for a two-dimensional airfoil |
Author: | França, Filipe Guilherme Faria |
First Advisor: | Assis, Pedro Augusto Queiroz de |
First member of the Committee: | Morais, Tobias Souza |
Second member of the Committee: | Martins, Roberto de Souza |
Summary: | Será apresentada uma metodologia para projeto de um sistema de controle ativo para supressão de flutter em sistemas aeroservoelásticos. Flutter é um fenômeno de instabilidade aeroelástica dinâmica, cujo movimento oscilatório apresenta auto-excitação devido ao acoplamento dinâmico entre dois modos elásticos quaisquer do sistema. Essa instabilidade ocorre a partir de uma determinada velocidade, denominada velocidade de flutter, em que as oscilações se tornam divergentes em relação a posição de equilíbrio do sistema, configurando um movimento instável. Devido à característica destrutiva do flutter, são adotadas restrições de projeto para impedir que a velocidade de flutter esteja dentro do envelope de operações. Mesmo em operações em velocidades inferiores a de flutter, porém suficientemente próximas, podem ocorrer prejuízos ao desempenho de voo devido à elevada vibração da estrutura. Para mitigar os efeitos desse fenômeno no projeto e operação de aeronaves, pode ser adotado um sistema ativo de supressão de flutter, que consiste em projetar uma lei de controle para atuar sobre o sistema regulando a vibração da estrutura com o objetivo de suprimir o flutter. É nesse contexto que o presente trabalho se encaixa: Desenvolver um AFS (Supressão ativa de flutter, do inglês Active Flutter Supression) para uma seção transversal de asa bidimensional com uma superfície de controle do tipo flap no bordo de fuga. Para modelagem do sistema, os esforços aerodinâmicos dependentes da frequência reduzida são descritos empregando uma técnica conhecida como RFA (Aproximação por Funções Racionais, do inglês Rational Function Approximation), sendo considerados quatro polos de atraso para representar os efeitos não-estacionários da aerodinâmica. O modelo matemático é descrito utilizando uma representação no espaço de estados e então, adotado para projetar um controlador por realimentação de estados. Em particular, adotou-se a metodologia do LQR (Regulador Linear Quadrático, do inglês Linear Quadratic Regulator) para projeto do ganho de realimentação de estados. Resultados de simulação mostraram uma velocidade de flutter de 29,59 m/s para o sistema estudado, um erro percentual de apenas 2% em relação ao valor referência encontrado na literatura, indicando adequação da metodologia para modelagem no domínio do tempo realizada. Ademais, foram obtidos resultados que evidenciam a capacidade da estrutura em malha fechada proposta em estabilizar o sistema na condição de projeto, determinada como sendo o ponto de instabilidade dinâmica do sistema em malha aberta. Como consequência, também percebe-se o aumento da velocidade de flutter do sistema em malha fechada, apesar de não haver garantia teórica para isso. |
Abstract: | A design methodology for an active control system used to suppress flutter in aeroservoelastic systems is presented. Flutter is a dynamic aeroelastic instability phenomenon, hose oscilatory motion presents self-excitation due to the dynamic coupling between any two elastic modes of the system. This instability occurs from a certain velocity, called the flutter velocity, in which the oscillations become divergent from the equilibrium point of the system, featuring an unstable movement. Due to the destructive characteristic of flutter, design restrictions are adopted to prevent the flutter velocity from being within the operational envelope. Even in operations at speeds below flutter, but close enough, damage to flight performance may occur due to high vibration of the structure. To mitigate the effects of this phenomenon on aircraft design and operation, an active flutter suppression system can be adopted, which consists of designing a control law to act on the system by regulating the structure’s vibration in order to suppress the flutter. It is in this context that the present work fits: Develop a AFS for a two-dimensional wing cross section with a control surface located on the section’s trailing edge. A technique known as RFA is used to describe the reduced frequency-dependent aerodynamic loads in the time domain, in which four delay poles are assumed to represent the nonstationary effects of the aerodynamics. The mathematical model is described using a state-space representation. The control system was designed using this model via quadratic linear regulator methodology to design the state feedback gain. The estimated flutter velocity for the studied system is found to be 29,59 m/s, which indicates a percentage error of 2% when compared to values from literature, showing the adequacy of the methodology implemented. Furthermore, the results obtained shows the ability of the proposed closed-loop structure to stabilize the system in the design condition, determined as the point of dynamic instability of the open-loop system. As a consequence, it can also be seen an increase in the flutter speed of the closed-loop system, although there is no theoretical guarantee for this. |
Keywords: | Aeroelasticidade Aeroelasticity Supressão ativa de flutter Active flutter suppression Análise no domínio do tempo Time-domain analysis Aproximação da aerodinâmica não-estacionária por funções racionais Rational Function Approximation of Aerodynamics |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::ESTRUTURAS AEROESPACIAIS::AEROELASTICIDADE |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Quote: | FRANÇA, Filipe Guilherme Faria. Implementação de controle ativo para supressão de flutter de uma seção típica bidimensional. 2022. 55 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Aeronáutica) --Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37260 |
Date of defense: | 7-Oct-2022 |
Appears in Collections: | TCC - Engenharia Aeronáutica |
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