30059

ENGINYERIA AERONÀUTICA
AEROELASTICITAT
I VIBRACIONS
Guia de l’assignatura
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30059 Aeroelasticitat i Vibracions. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 11/03/09
1
Crèdits: 6 ( 4.5 teoria + 1.5 pràctiques)
Tipus: Optativa Intensificació
Crèdits ECTS: 4,8
Coordinador: David del Campo Sud (david.del.campo upc.edu)
Altres Professors:
Departament: Escola Tècnica Superior d’Enginyeries Industrial i Aeronàutica de Terrassa
Presentació
Coneixements previs
És imprescindible que l'alumne hagi adquirit un coneixement sòlid de tots els temes tractats en les
assignatures d'Aerodinàmica, Mecànica II (especialment pel que fa a vibracions), i Estructures
Aeroespacials, així com que domini les eines matemàtiques estudiades al llarg de la carrera.
Camps professionals
Les aplicacions de l'aeroelasticitat s'inclouen en el disseny d'avions, helicòpters, turbomàquines,
míssils, ponts, línies de transmissió, xemeneies i fins i tots senyals de circulació. El disseny
aeroelàstic és una etapa clau en el disseny de qualsevol aeronau, per la qual cosa en totes les
empreses que dissenyen aeronaus o turbomàquines hi ha un departament d'aeroelasticitat.
Relació amb altres assignatures
Aerodinàmica, Mecànica II, i Estructures Aeroespacials.
Objectius generals
L'aeroelasticitat estudia la interacció entre forces aerodinàmiques, elàstiques i d'inèrcia. D'aquí que
faci ús de molts conceptes estudiats al llarg de la carrera en altres assignatures. L'objectiu d'aquesta
assignatura és introduir l'alumne en els conceptes bàsics del disseny aeroelàstic de perfils i ales, a
través de l'estudi dels principals fenòmens aeroelàstics: inversió de comandament, divergència,
flameig, buffeting i ràfegues.
Temari
Mòdul 1. Introducció a l'Aeroelasticitat
Tema 1. Introducció
Mòdul 2. Aeroelasticitat del Perfil
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30059 Aeroelasticitat i Vibracions. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 11/03/09
2
Tema 2. Aeroelasticitat estàtica.
Tema 3. Aeroelasticitat dinàmica. Flameig.
Tema 4. Teoria del perfil oscil·lant en corrent incompressible. Funció de Theodorsen.
Tema 5. Càlcul de flameig i forces oscil·latòries sobre un perfil en un corrent supersònic.
Tema 6. Aeroelasticitat dinàmica. Ràfegues.
Tema 7. Buffeting i flameig en separació.
Tema 8. Aeroelasticitat de turbomàquines.
Mòdul 3. Estructures Unidimensionals
Tema 9. Estructures unidimensionals. Introducció.
Tema 10. Aeroelasticitat estàtica d'estructures unidimensionals. Ales en fletxa.
Tema 11. Aeroelasticitat dinàmica d'estructures unidimensionals.
Tema 12. Flux incompressible no estacionari al voltant d'ales deformables. Mètode del vortexlattice.
Mòdul 4. Estructures Bidimensionals
Tema 13. Estructures bidimensionals.
Tema 14. Flux subsònic no estacionari al voltant d'ales deformables.
Mòdul 5. Aeroelasticitat Experimental
Tema 15. Determinació experimental de les velocitats crítiques.
Objectius específics dels mòduls
•
Mòdul 1
Introducció a les aplicacions de l'aeroelasticitat i estudi qualitatiu dels diferents fenòmens aeroelàstics
i els tipus de forces involucrats en cadascú.
•
Mòdul 2
Estudi bidimensional de tots els efectes aeroelàstics. El problema bidimensional permet una
presentació ràpida i ordenada de la majoria dels fenòmens aeroelàstics clàssics, obtenint-ne, a més a
més, amb una certa facilitat resultats qualitatius de les característiques dels distints fenòmens i
proporcionant l'eina bàsica per poder entendre posteriorment altres mètodes més precisos però
també més complicats.
•
Mòdul 3
S'apliquen els coneixements del mòdul anterior per a l'estudi d'estructures unidimensionals, això és,
aquells sistemes elàstics l'estat de deformació dels quals es pot especificar completament per
funcions que depenen de cap coordenada espacial. Entra en aquest camp l'estudi d'ales rectes o en
fletxa, superfícies de cua de gran allargament, fuselatges, coets, míssils, etc. Les superfícies
elàstiques que es tractaran seran principalment ales.
•
Mòdul 4
En alguns casos, com a ales d'allargament petit o que no posseeixin eix elàstic, és convenient
incloure les deformacions de l'estructura al llarg de la corda i al llarg de l'envergadura. En aquest
mòdul, plantejarem el problema en termes de funcions d'influència bidimensionals i resoldre l'equació
integro-diferencial resultant per mètodes aproximats del tipus Raylengh-Ritz, Galerkin o Col·locació.
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30059 Aeroelasticitat i Vibracions. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 11/03/09
•
3
Mòdul 5
A causa de la complexitat dels fenòmens aeroelàstics, els assajos, tant en túnel de vent com en vol,
són de gran importància en el disseny aeroelàstic. Les instal·lacions necessàries per realitzar aquests
assajos són enormement costoses, per la qual cosa no disposem d'elles i no és possible incloure
pràctiques de laboratori en aquesta assignatura. No obstant això, és important que l'alumne entengui,
almenys teòricament, els mètodes experimentals per determinar les característiques dinàmiques dels
distints sistemes aeroelàstics.
Metodologia de treball
Sessions teoria, problemes
Algunes sessions seran teòriques i altres pràctiques. S'avisarà amb antelació de les dates d'unes i
altres.
En les sessions teòriques s'exposaran els continguts dels diferents temes, fent ús de la pissarra i de
presentacions.
En les sessions pràctiques es proposarà un o dos problemes. Els alumnes intentaran resoldre'ls,
individualment o en grups, i el professor anirà resolent els dubtes i ajudant als qui ho necessitin, i
exposarà la solució al final de la classe. Els enunciats dels problemes es publicaran amb antelació, de
manera que l'alumne que ho desitgi pugui plantejar-se la forma de resoldre'ls pel seu compte abans
de la sessió pràctica corresponent.
Pràctiques, laboratoris
Aquesta assignatura no inclou pràctiques de laboratori
Organització en mòduls i temps de dedicació de l'estudiant
El següent quadre és orientatiu i només pretén donar una idea a l'alumne dels hores estimades de
dedicació, tant en classe com en temps d'estudi.
Mòdul
Mòdul 1: Introducció a l'Aeroelasticitat.
Mòdul 2: Aeroelasticitat del perfil.
Mòdul 3: Estructures Unidimensionals.
Mòdul 4: Estructures Bidimensionals.
Mòdul 5: Aeroelasticitat Experimental.
Temps de
classe
3
27
20
7
3
60
Temps
d'estudi
3
27
20
7
3
60
Temps
total
6
54
40
14
6
120
Importància i dificultat dels mòduls
L'aeroelasticitat, per integrar diversos camps de coneixement, posseeix una dificultat inherent neda
menyspreable. Tant els conceptes d'aerodinàmica, resistència de materials i vibracions en què es
recolza, com les eines matemàtiques que permeten manejar aquests conceptes, no són bàsics. Per
això, és molt recomanable que l'alumne repassi aquests conceptes abans de cursar l'assignatura i al
llarg del curs segons sigui necessari.
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30059 Aeroelasticitat i Vibracions. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 11/03/09
4
Materials
Bibliografia bàsica
Dowell, E.H., Curtiss, H.C., Scanlan, R.H. & Sisto, F.: “A Modern Course in Aeroelasticity”, Sijthoff and
Noordhoff Alphen aan den Rijn. (1980).
Bisplinghoff, R.L., Ashley, H. & Halfman, R.L.: “Aeroelasticity”, Dover Publications Inc., New York.
(1996).
Bibliografia complementària
Scanlan, R.H. & Resenbaun, R.: “Aircraft Vibration and Flutter” , Dover Publications Inc., New York.
(1968).
Fung, Y.C.: “An Introduction to the Theory of Elasticity”, John Wiley and Sons, Inc., New York. (1955).
Hodges, D.W. & Pierce, G.A.: “Introduction to Structural Dynamics and Aeroelasticity”, Cambridge
Aerospace Series. (2002).
Avaluació
N f = 0.5N1p + 0.5Nef
Nf : Nota final
N1p : Nota 1r parcial
Nef : Nota examen final