تحلیل آشوبناک و فلاتر بال دوبعدی در جریان مافوق صوت با استفاده از نظریه آیرودینامیکی پیستون
پذیرفته شده برای پوستر
کد مقاله : 1049-ISAV2025 (R1)
نویسندگان
1گروه مهندسی مکانیک، واحد پرند، دانشگاه آزاد اسلامی، پرند، ایران
2گروه مهندسی هوافضا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
چکیده
در این مقاله با استفاده از نظریه آیرودینامیکی غیرخطی پیستون در رژیم جریان مافوق صوت حل معادلات دیفرانسیل حاکم بر ارتعاشات غیرخطی و آشوبی آیروالاستیک بال دوبعدی با سفتی غیرخطی درجه سوم در جهت حرکت پیچشی انجام شده است. از نظریه غیرخطی دوشاخگی هاپف برای محاسبه سرعت فلاتر بال با رفتار غیرخطی سازهای و آیرودینامیکی استفاده شده است. سپس با بهکارگیری روش رانگه-کوتای مرتبه چهارم به کمک نرمافزار MATLAB حل عددی معادلات دیفرانسیل حاکم بر سیستم برای تعیین پاسخهای چرخه حدی پایدار و حرکات آشوبناک سیستم آیروالاستیک بال انجام شده است. اثر تغییر پارامترهای سیستم در سرعت فلاتر بررسی شده است. نتایج بهدست آمده با مراجع موجود در حالتهای خاص اعتبار سنجی شدهاند. نتایج نشان دادند که تعداد و پایداری نقاط تعادل سیستم با افزایش سرعت جریان تغییر میکنند. همچنین، در کنار پاسخ ساده چرخه حدی از دوره تناوب 1، پاسخهای دوره تناوب دوتایی و رفتار آشوبی در فلاتر آیروالاستیک سیستم از نوع دوشاخگی با دوره تناوب دوتایی وجود دارد. مشاهده شد که وقتی شرایط اولیه خیلی کوچک باشند، رفتار آشوبی در سیستم فقط زمانی اتفاق میافتد که سرعت جریان از سرعت واگرایی خطی بیشتر باشد. علاوه براین، نواحی سرعت جریان که در آن سیستم دچار رفتار آشوبی میشود بسیار باریک میباشد. در انتها برای کنترل ارتعاشات حرکت خطی و پیچشی بال نسبت به اغتشات اولیه از کنترلر LQR استفاده شده و پاسخ دینامیکی مدار حلقه باز حرکت پیچشی بال نسبت به شرایط اولیه ورودی اغتشاشی بهدست آمده است.
کلیدواژه ها
Title
Chaotic Analysis and Flutter of a Two-Dimensional Wing in Supersonic Flow Using Piston Aerodynamic Theory
Authors
Masoud Anbar, Ahmad Mamandi
Abstract
In this paper, based on the nonlinear piston aerodynamic theory in supersonic flow, the differential equations governing nonlinear vibrations and aeroelastic chaotic motions of a two-dimensional wing with cubic nonlinear stiffness in the pitching direction has been performed. The nonlinear theory of Hopf bifurcation has been used to calculate the wing flutter speed with nonlinear structural and aerodynamic behavior. Then, employing the fourth order Runge-Kutta method via MATLAB, the numerical solution of governing equations of the system to determine the stable limit cycle responses and chaotic motions of the aeroelastic system of the wing has been done. The effect of changes of system parameters on the flutter speed has been investigated. The obtained results are verified with the ones available in the literature for special cases. Results showed that the number and the stability of equilibrium points of the system change when the flow speed increases. Also, besides the simple limit cycle response of period 1, there are also period-doubling responses and chaotic behavior in the aeroelastic flutter system in period-doubling bifurcation. It was observed that when the initial conditions are small the chaotic behavior in the system occurs only when the flow speed is higher than the linear divergent speed. In addition, the flow speed region in which the system behaves chaotic are very narrow. Finally, to control vibration of the linear plunge and pitching motions of the wing due to initial disturbances, the LQR controller was employed and dynamic response of open loop of the wing pitching motion under these initial disturbances has been obtained.
Keywords
chaotic analysis, flutter of a two-dimensional wing, limit cycle response of period 1, period-doubling response