Análise de estabilidade aeroelástica dinâmica de uma asa reta incluindo efeitos de rigidez não linear cúbica

Abstract

Aeroelasticidade trata do estudo da interação entre a dinâmica estrutural e as forças aerodinâmicas que agem em um corpo, sendo crucial para a segurança, desempenho e eficiência de veículos aeroespaciais. Alguns fenômenos aeroelásticos, se não forem tratados adequadamente, podem causar deformações estruturais que podem levar à falha estrutural ou perda de desempenho. Nesse contexto, a importância da consideração de efeitos não lineares no estudo da aeroelasticidade tornou-se mais evidente com o avanço dos sistemas aeroespaciais, que são cada vez mais leves e com geometrias desafiadoras. Sendo assim, esse estudo propõe a análise dos efeitos de não linearidades estruturais do tipo rigidez cúbica em um modelo aeroelástico de asa reta retangular reta com três modos de vibração (flexão, torção e torção de superfície de controle). O modelo foi analisado da forma clássica linear no domínio da frequência, utilizando a solução por autovalores para o cálculo da velocidade crítica de flutter. Utilizou-se o modelo de asa reta de Wiright e Cooper junto com o modelo aerodinâmico de faixas utilizando a simplificação de Hancock. A velocidade crítica foi calculada e confrontada com os resultados de referencias bibliográficas. Passou-se então para a análise no domínio temporal utilizado o método de integração de Runge-Kutta de 4ª ordem para integração das equações do movimento e visualização das amplitudes de oscilação dos graus de liberdade tratados. Foi então construído o modelo não linear no domínio do tempo, por meio da inserção de uma não linearidade estrutural (rigidez cúbica) na rigidez do modelo. Foram avaliadas presenças de não linearidades nas rigidezes dos três graus de liberdade. Com base na análise dos resultados, pode-se observar que com a inserção da rigidez cúbica no modo de torção da asa, houve um aumento do amortecimento na situação de velocidade crítica do modelo linear. Vários coeficientes de não linearidade foram testados, e as respostas foram comparadas com o caso linear, a fim de evidenciar a diferença nos valores tratados e a importância da inclusão de comportamento não linear para evidenciamento de LCOs e comportamentos críticos.