Análise aeroelástica com atuador de superfície de controle em modo de falha

Abstract

De acordo com agências de certificação aeronáutica, a estabilidade de sistemas aeroelásticos deve ser assegurada mesmo em condições de falhas nos atuadores das superfícies de controle. Estes transdutores transmitem comandos do piloto às superfícies de controle, sendo então de extrema importância para a aeronavegabilidade. Neste contexto, este trabalho consiste em desenvolver uma formulação para análise de estabilidade aeroelástica considerando atuadores de superfície de controle em modo de falha. Em particular, considera-se uma representação de falha hidráulica, o que permite descrever o atuador como um amortecedor viscoso não-linear. Utiliza-se o método pk, amplamente utilizado para o cálculo da velocidade de flutter, como base para uma adaptação que permite considerar propriedades lineares equivalentes dos atuadores em modo de falha e, com isto, avaliar a estabilidade do sistema nestas condições de falha. Tais propriedades equivalentes são obtidas a partir da impedância mecânica dos transdutores. O método pk modificado permite calcular diagramas V-g-f lineares equivalentes, que fornecem resultados conservativos para predição de instabilidades. As condições de flutter linear equivalentes, identificadas com este novo método, representam os possíveis pontos de oscilação de ciclo do sistema com o atuador em falha. Os resultados sugerem que a abordagem é adequada para a análise desta condição de falha, sendo de fácil aplicação também para sistemas aeroelásticos complexos, de múltiplos graus de liberdade.

According to aeronautical certification agencies, the stability of aeroelastic systems must be ensured even under failure conditions on control surface actuators. These transducers transfer the pilot's inputs to the control surfaces and because of this they are very important for safe airworthiness. In this context, this work aims to develop an approach to carry out aeroelastic stability analysis considering a control surface actuator in failure mode. In particular, it is a conceptual representation of a hydraulic failure, which allows one to describe the actuator as a nonlinear viscous damper. The pk method, widely used for calculating flutter velocity, is adapted to consider equivalent linear properties of the actuators in failure mode. These equivalent properties are obtained from the mechanical impedance of the transducers. Using the modified pk method, linear equivalent V-g-f diagrams are obtained, and they provide conservative results for predicting the aeroelastic instabilities. Linear-equivalent flutter velocities are identified, which represent the possible limit cycle oscillation points due to the nonlinear transducer's behavior. The results suggest that the approach is suitable for the analysis of this failure condition, and it can be easily used to investigate complex aeroelastic systems with multiple degrees of freedom.