Ottimizzazione del rotore in volo avanzato

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1 Ottimizzazione del rotore in volo avanzato Con i risultati ottenuti dall ottimizzazione del rotore in hovering si procede con la verifica di tali risultati per quanto riguarda il volo avanzato per vedere se sono garantite le prestazioni richieste dalle specifiche iniziali. Utilizziamo il programma eseli4.m ed andiamo ad inserire questi dati nel programma Matlab per il dimensionamento in volo avanzato. Otteniamo così un grafico della Trazione: Analizzando i grafici ottenuti possiamo notare che l elicottero è ottimizzato per l hovering, ha la possibilità di volare ma a velocità notevolmente inferiori rispetto a quelle richieste dalle specifiche. Doveremo andare a considerare i vari parametri del programma di ottimizzazione del rotore in hovering

2 Il primo parametro che andiamo a modificare è il passo collettivo, questo infatti nei risultati appena ottenuti assumeva un valore pari a 0,3586 radianti equivalente a 21 circa. Per evitare lo stallo delle pale, in particolare di quella retrocedente in volo avanzato, si deve necessariamente limitare tale parametro Andiamo così ad imporre un valore massimo di 14 corrispondente a radianti. vlb(5)=.6*x0(5); %PASSO COLLETTIVO vub(5)=0.244; %1; Il secondo termine che consideriamo è la rastremazione della pala, che per semplicità costruttive imponiamo nulla. vlb(4)=0 %-vlb(3)/vub(1); % RASTREMAZIONE MR vub(4)=0 Il terzo, e per ora ultimo, termine degno di considerazione è il raggio del rotore di coda. Andiamo a limitarlo entro valori ragionevoli sotto 1,1 metri. vlb(7)=.6*x0(7); %RAGGIO TR vub(7)=1.1 %1.4*x0(7); La soluzione che ci viene fornita dall ottimizzazione in hovering è: Raggio MR Pale MR Omega MR Peso Mozzo Corda Costante MR Peso TR Rastremazione MR Peso Fusoliera Passo Collettivo MR Peso Carrello Svergolamento Lin Peso Trasmissione MR Raggio TR Peso Trasmissione TR Omega TR Peso Imp.Carburante Corda TR Peso Motori Installati Collettivo TR Peso Comandi di Volo Corda Cost TR Peso Strumenti Peso a Vuoto e+003 OBJ e+004 Area equiv lastra piana Combustibile Ritorno G(1) W Hovering e+003 G(2) Combustibile Hovering G(3) Combustibile Andata G(4) Peso al Decollo e+003 G(5) Peso Combustibile

3 Come possiamo notare dal grafico la situazione è peggiorata. Questo significa che abbiamo limitato parametri che hanno influenza minore rispetto ad altri. Cerchiamo ora di aumentare la velocità di rotazione del rotore principale: vlb(2)=30 %0.6*x0(2); %OMEGA MR vub(2)=1.4*x0(2); Dobbiamo tener presente che per il rispetto del vincolo di Mach in estremità dobbiamo stare attenti ai risultati che escono per evitare che il programma consideri situazioni a noi scomode. Per l ottimizzazione in hovering: Raggio MR Pale MR Omega MR Peso Mozzo Corda Costante MR Peso TR Rastremazione MR Peso Fusoliera Passo Collettivo MR Peso Carrello Svergolamento Lin Peso Trasmissione MR Raggio TR Peso Trasmissione TR Omega TR Peso Imp.Carburante Corda TR Peso Motori Installati Collettivo TR Peso Comandi di Volo Corda Cost TR Peso Strumenti Peso a Vuoto e+003 OBJ e+004 Area equiv lastra piana Combustibile Ritorno G(1) W Hovering e+003 G(2) Combustibile Hovering G(3) Combustibile Andata G(4) Peso al Decollo e+003 G(5) Peso Combustibile Per il volo avanzato otteniamo: Questa soluzione è migliore rispetto alle precedenti ma ancora insufficienti a rispondere ai requisiti imposti di velocità. Modifichiamo i vincoli aumentando la velocità di rotazione e conseguentemente diminuzione del raggio delle pale del rotore principale per mantenere la condizione del Mach di estremità delle pale. Limitiamo la corda a valori massimi pari a 0,46 per evitare di avere valori troppo elevati

4 % limiti minimi e massimi vlb(1)=6 %.6*x0(1); %RAGGIO MR vub(1)=1.4*x0(1); vlb(2)=31 %0.6*x0(2); %OMEGA MR vub(2)=1.4*x0(2); vlb(3)=.6*x0(3); %CORDA COST MR vub(3)=0.45 %1.4*x0(3); vlb(4)=0; %-vlb(3)/vub(1); % RASTREMAZIONE MR vub(4)=0; vlb(5)=.6*x0(5); %PASSO COLLETTIVO vub(5)=0.244; vlb(6)=-20.*deg2rad/x0(1); %SVERGOLAMENTO LINEARE vub(6)=0; vlb(7)=.6*x0(7); %RAGGIO TR vub(7)=1.1 %1.4*x0(7); vlb(8)=.4*x0(8); % OMEGA TR vub(8)=1.8*x0(8); vlb(9)=.6*x0(9); % CORDA TR vub(9)=1.4*x0(9); vlb(10)=.0; % COLLETTIVO TR vub(10)=.6; vlb(11)= 0.; % CORDA COST MR vub(11)= 1.; Raggio MR Pale MR Omega MR Peso Mozzo Corda Costante MR Peso TR Rastremazione MR Peso Fusoliera Passo Collettivo MR Peso Carrello Svergolamento Lin Peso Trasmissione MR Raggio TR Peso Trasmissione TR Omega TR Peso Imp.Carburante Corda TR Peso Motori Installati Collettivo TR Peso Comandi di Volo Corda Cost TR Peso Strumenti Peso a Vuoto e+003 OBJ e+004 Area equiv lastra piana Combustibile Ritorno G(1) W Hovering e+003 G(2) Combustibile Hovering G(3) Combustibile Andata G(4) Peso al Decollo e+003 G(5) Peso Combustibile Il grafico della trazione mostra chiaramente come l elicottero non abbia potenza sufficiente per volare fino ai valori di velocità richiesti, tuttavia non avendo problemi di stallo della pala retrocedente, possimo attraverso il collettivo raggiungere tali velocità

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6 Il vincolo che avevamo imposto sul collettivo non è stato rispettato. Per questo motivo, variando ancora la velocità e il raggio del rotore principale, cerchiamo di ottenere una soluzione congruente con i primi vincoli imposti. Con questa nuova configurazione di vincoli: - 8 -

7 Otteniamo la soluzione che andremo a considerare: vlb(1)=5.9 %.6*x0(1); %RAGGIO MR vub(1)=1.4*x0(1); vlb(2)=34.5; %0.6*x0(2); %OMEGA MR vub(2)=1.4*x0(2); vlb(3)=.6*x0(3); %CORDA COST MR vub(3)=1.4*x0(3); vlb(4)=0; %-vlb(3)/vub(1); % RASTREMAZIONE MR vub(4)=0; vlb(5)=.6*x0(5); %PASSO COLLETTIVO vub(5)=0.244; vlb(6)=-20.*deg2rad/x0(1); %SVERGOLAMENTO LINEARE vub(6)=0; vlb(7)=.6*x0(7); %RAGGIO TR vub(7)=1.1 %1.4*x0(7); vlb(8)=.4*x0(8); % OMEGA TR vub(8)=1.8*x0(8); vlb(9)=.6*x0(9); % CORDA TR vub(9)=1.4*x0(9); vlb(10)=.0; % COLLETTIVO TR vub(10)=.6; vlb(11)= 0.; % CORDA COST MR vub(11)= 1.; Raggio MR Pale MR Omega MR Peso Mozzo Corda Costante MR Peso TR Rastremazione MR Peso Fusoliera Passo Collettivo MR Peso Carrello Svergolamento Lin Peso Trasmissione MR Raggio TR Peso Trasmissione TR Omega TR Peso Imp.Carburante Corda TR Peso Motori Installati Collettivo TR Peso Comandi di Volo Corda Cost TR Peso Strumenti Peso a Vuoto e+003 OBJ e+004 Area equiv lastra piana Combustibile Ritorno G(1) W Hovering e+003 G(2) Combustibile Hovering G(3) Combustibile Andata G(4) Peso al Decollo e+003 G(5) Peso Combustibile Per questa configurazione abbiamo questi valori dei momenti d inerzia: Momento d inerzia rispetto asse rollio I x = *W b e-5*W b 2 = Kg*m*s 2 Momento d inerzia rispetto asse beccheggio I y = *W b e-5*W b 2 = Kg*m*s 2-9 -

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10 Il grafico che rappresenta l incidenza α della pala retrocedente al 75% della corda (blu) e in rosso il suo limite di stallo ci mostra che a 60 m/s al secondo possiamo aumentare il collettivo ancora di 2 sufficienti ad aumentare la velocità di volo fino a 70 m/s come da requisito