Design and experimetal tests of a flexible wing of high aspect ratio for investigating flutter mechanisms - Laboratoire de mécanique des structures et des systèmes couplés
Communication Dans Un Congrès Année : 2024

Design and experimetal tests of a flexible wing of high aspect ratio for investigating flutter mechanisms

Conception et tests expérimentaux d'une aile flexible de grand allongement afin d'étudier les scénarios de flottement

Résumé

Increasing the aspect ratio of wings may have beneficial effects in terms of aerodynamics, such as a higher lift on drag ratio. However, High-Aspect-Ratio Wings (HARW) also have a natural flexibility that can make them prone to aeroelastic instabilities for specific flight conditions. Unfortunately, computing the flutter-free domains of these HARWs is tricky due to the onset of nonlinear phenomena present for high amplitudes of wing deflections. In that context, this paper presents the study of a taut-strip flexible wing model, particularly designed to experience flutter in a wind tunnel at low-to-moderate Reynolds numbers. The objective was to keep the structural complexity as low as possible, while exhibiting fluid-structure interactions typically observed for these types of wings. The choice of structural design was based on the numerical prediction coming from a low-order aeroelastic model combining beam theory and simplified aerodynamics. Thanks to dynamical tests in laboratory, structural parameters (inertia, stiffness, damping coefficients) were used to update the numerical model.Using this linear model, a flutter involving a coupling between the 2nd bending mode and the 1st torsion mode was expected in the velocity range of the wind tunnel.Wind tunnel tests however show an earlier flutter bifurcation involving flapwise, chordwise and torsion motions, for which the route to flutter and post-critical limit-cycle oscillations have been measured by non-contact techniques.
Augmenter l'allongement des ailes peut permettre d'améliorer l'efficacité aérodynamique, notamment le ration portance sur trainée. Cependant, les High-Aspect-Ratio Wings (HARW) ont des flexibilités naturelles qui peuvent les rendre sensibles à des instabilités aéroélastiques pour certains points de vol. Malheureusement, calculer les domains sains de flottement de ces HARWs est difficile à cause de l'apparition de phénomènes non-linéaires présents pour des grandes amplitudes de déflection d'aile. Dans ce contexte, cette communication présente l'étude d'une maquette d'aile de type taut-strip, conçue spécifiquement pour rencontrer du flottement dans une soufflerie dans une soufflerie à des nombres de Reynolds bas à modérés. L'objectif était d'avoir une maquette la plus simple possible, tout en étant capable d'exhiber des interactions fluide-structure typiques pour ce genre d'aile. Le choix de la conception structurelle fut basée sur des prédictions numériques générées à partir d'un modèle aéroélastique à basse fidélité, combinant la théorie des poutres et de l'aérodynamique simplifiée. Grâce à des tests dynamiques en laboratoire (sans vent), les paramètres structuraux (inertie, raideurs, coefficients d'amortissement) ont pu être identifiés et utilisés pour recaler le modèle numérique. A partir de du modèle linéaire, un flottement impliquant un couplage entre le mode de 2ème flexion et le mode de 1ère torsion était attendu dans la plage de vitesse de la soufflerie. Cependant, les essais en soufflerie ont montré l'apparition plus précoce d'une bifurcation de flottement impliquant des mouvements en flexions normale, coplanaire et en torsion, pour lequel la route vers le flottement et les cycles limites d'oscillations post-critiques ont été identifiés par des techniques de mesure sans contact.
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Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-04646050 , version 1 (12-07-2024)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04646050 , version 1

Citer

Cyrille Stephan, Xavier Amandolese. Design and experimetal tests of a flexible wing of high aspect ratio for investigating flutter mechanisms. IFASD 2024, Jun 2024, La Haye, Netherlands. ⟨hal-04646050⟩
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