Certificazione a flutter di velivoli ultraleggeri

I velivoli ultraleggeri, così come tutte le strutture su cui agisce una forza aerodinamica non trascurabile, possono essere soggetti a flutter. Infatti, sia la normativa tedesca LTF-UL (per ultra-light aircraft), sia l’EASA CS-VLA (per very-light aircraft), sia il regolamento EASA CS-VLR (per very-light rotorcraft) prescrivono test di certificazione dedicati al fine di verificare che l’aereo è libero da flutter nel suo inviluppo di volo.
Vicoter realizza tutti i test sperimentali e le analisi numeriche necessari per conformarsi al paragrafo 629 delle normative, secondo procedure consolidate e strumentazione e algoritmi allo stato dell’arte.
Il metodo utilizzato da Vicoter per determinare la velocità di flutter è il seguente:

  1. Misurare i modi sperimentali del velivolo tramite un test di GVT (Ground Vibration Test).
  2. Simulare analiticamente il comportamento dinamico della struttura, accoppiandolo con le forze aerodinamiche.
  3. Calcolare la velocità di flutter a varie altitudini e in diverse condizioni di massa.

 

Fase 1. Analisi modale del velivolo

La prima fase consiste nell’eseguire un test di GVT (Ground Vibration Test) e viene effettuata per determinare i modi propri del velivolo.

Vicoter esegue test di GVT utilizzando la strumentazione più moderna e rispettando tutte le direttive espresse nella circolare numero 23.629-1B della FAA, valida anche per il CS-VLA. Tutti gli strumenti utilizzati per i test sono calibrati.

Le prove sperimentali vengono eseguite con l’aereo sospeso tramite molle di rigidezza opportuna. Vicoter si occupa della progettazione e realizzazione del sistema di sospensioni più adatto per l’aereo. In generale, vengono verificate due configurazioni di massa: MTOW e MZFW. Il velivolo è testato sia in configurazione a comandi liberi, sia in configurazione a comandi bloccati.

Le funzioni di trasferimento e i rapporti delle accelerazioni di uscita sulle forze di ingresso sono acquisiti usando una tecnica MIMO, cioè eccitando la struttura con due attuatori elettrodinamici e leggendo contemporaneamente tutti gli accelerometri installati sull’aereo. Vicoter è in grado di gestire contemporaneamente fino a 110 canali, il che rende possibile eseguire test anche su configurazioni di velivoli non convenzionali.

Vicoter realizza test di GVT direttamente presso la sede del cliente, al fine di limitare difficoltà e costi di trasporto.

 

Per gentile concessione di Alpi Aviation

 

Fase 2. Analisi numerica di flutter

La fase 2 dell’approccio Vicoter è la realizzazione di una descrizione matematica del comportamento strutturale dell’aeroplano.

Sono disponibili due soluzioni, in base alle esigenze del cliente:

  1. Utilizzo diretto delle matrici di massa, di smorzamento e di rigidezza identificate durante la GVT.
  2. Descrizione di un modello ad elementi finiti del velivolo. Il modello, correlato con i risultati modali sperimentali, può essere realizzato usando un codice numerico gratuito o usando NASTRAN.

La prima procedura è più semplice ed economica, ma limita le analisi flutter alle configurazioni del velivolo testate durante la GVT, rendendo impossibile ogni analisi di sensibilità alle modifiche strutturali. In questo caso, l’effetto aerodinamico è simulato utilizzando un metodo DLM (metodo Doublet-Lattice) calibrato su una descrizione matematica dell’aeromobile, ottenuta utilizzando le matrici di massa e rigidezza identificate nel GVT.

La seconda procedura è più onerosa, ma ha il vantaggio che, basandosi su un modello FEM della struttura, consente rapidamente eventuali modifiche al velivolo per valutarne gli effetti sulle prestazioni di flutter. Anche in questo caso, l’effetto aerodinamico è simulato con un metodo DLM, ma esso viene applicato ad un modello FEM (in NASTRAN o in NeoCASS) correlato con i risultati modali sperimentali.