Avviso
Risposta vibro-acustica in cabina ai carichi del rotore principale di un elicottero in hovering
Università La Sapienza di Roma
Tra le principali direzioni di sviluppo e ricerca in campo elicotteristico, la riduzione delle vibrazioni e del livello di rumore interno percepiti in cabina, assumono una rilevanza particolare in relazione sia alla richiesta di performances sempre migliori in termini di comfort di pilota e passeggeri, sia al mantenimento dell’integrità strutturale del velivolo. La caratterizzazione e la risoluzione del problema vibro-acustico associato alla cabina dell’elicottero in una determinata condizione di volo diventa, dunque, necessaria al fine di poter analizzare e comprendere i principali aspetti del problema e individuare opportuni dispositivi per lo smorzamento e l’attenuazione di vibrazioni e rumore.
Le fonti di vibrazioni e rumore in un elicottero sono molteplici e tra queste uno dei maggiori contributi è fornito dal rotore principale a causa dei carichi di origine aeroelastica che vengono da esso trasmessi alla fusoliera. Tali carichi si caratterizzano per una banda di interesse bassa in frequenza con picchi significativi in corrispondenza di frequenze multipli del numero di pale.
È stato, dunque, studiato il problema vibro-acustico di un elicottero soggetto ai carichi trasmessi dal rotore principale alla fusoliera in condizioni di hovering, realizzando in MSC.Actran una analisi modale in frequenza. A tal fine sono stati forniti come input i carichi aeroelastici trasmessi dal rotore alla cabina, un modello agli elementi finiti della struttura esterna e della cavità interna di interesse e le caratteristiche modali di entrambi. Il sistema considerato, infatti, è un sistema accoppiato fluido-struttura in cui la presenza dell’aria all’interno della struttura determina, seppur l’accoppiamento con i fluidi leggeri sia debole, una certa influenza da parte dei modi di cavità sul comportamento della struttura esterna.
Il modello FEM della struttura esterna è stato elaborato importando in MSC.Patran un modello semplificato realizzato al CAD (figura 1), al quale è stata associata una mesh a cui sono state assegnate opportunamente delle proprietà in funzione del tipo di elemento strutturale e dei materiali selezionati (figura 2).
Successivamente si è realizzata la mesh fluida relativa agli ambienti interni andando a isolare quello di interesse della cabina mediante degli elementi di separazione. Tale mesh avrà una componente 3D interna e una 2D esterna necessaria a definire uno dei due lati dell’interfaccia fluido-struttura (figura 3).
Di entrambi i modelli si è eseguita una estrazione dei modi propri in un range di frequenza sufficientemente esteso rispetto a quello considerato per le analisi.
Con il fine di fornire una più ampia interpretazione dei risultati ottenuti oltre ai valori medi (figure 4 e 5), si sono inseriti nel modello dei field point e degli storage node con la funzione di microfoni e di accelerometri virtuali per rilevare il livello di rumore e vibrazione in specifici punti di interesse come ad esempio la posizione del pilota o dei passeggeri (figura 6). In questo modo, i picchi e i livelli che caratterizzano le risposte possono essere messi in relazione determinando, inoltre, quali modi forniscano un contributo più significativo alla risposta in associazione al tipo specifico di carico applicato e al punto considerato.
Autore: Veronica Marini
Università: Università La Sapienza di Roma
Anno accademico: 2020/2021