Ground Vibration Test and flutter verification of the new Bristell B8 aircraft

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Vicoter (www.vicoter.it) è una società italiana che opera da più di dieci anni in tutto il mondo nell’ambito della dinamica di strutture, sia dal punto di vista sperimentale che analitico. Essa opera prevalentemente nel settore aeronautico svolgendo sia le GVT (Ground Vibration Test), sia le analisi numeriche necessarie per la certificazione a flutter di un velivolo impiegando strumentazione e metodologie allo stato dell’arte per garantire la massima affidabilità dei suoi risultati.

A luglio del 2021 gli ingegneri della Vicoter sono stati chiamati a svolgere la verifica del nuovo Bristell B8 (www.bristell.com). L’aeroplano è un elegante biposto ad ala alta, completamente realizzato in metallo, da certificare secondo la normativa UL in repubblica ceca, con un peso massimo al decollo di 600 kg. La norma prevede che si dimostri l’assenza di flutter fino a 1.2 VD mediante analisi numeriche in cui i modi delle parti strutturali principali siano stati determinati per via sperimentale.

L’attività è stata divisa in due fasi successive:

  1. Misura sperimentale dei modi elastici del velivolo svolta presso la sede del committente a Kunovice, in Repubblica Ceca.
  2. Accoppiamento numerico fra struttura ed aerodinamica al fine di ottenere il diagramma V-g e la minima velocità di flutter.
B8 “High Wing” prodotto da BRM Aero.

L’aereo è stato provato in condizioni free-free per recuperare la dinamica del velivolo durante il volo. Per ottenere tale vincolo il B8 è stato sospeso attraverso un sistema di molle dimensionato e realizzato da Vicoter allo scopo di disaccoppiare il comportamento rigido del velivolo dai modi elastici cercati.

B8 Sospeso per i test (sinistra) e durante i test (destra).

La campagna di prove ha visto lo studio di due configurazioni di massa, MTOW (Maximum Take Off Weight) e MZFW (Minimum Zero Fuel Weight), entrambe analizzate a comandi sia liberi, sia bloccati.

I test sono stati svolti in modalità MIMO (Multi Input Multi Output) installando 64 accelerometri distribuiti opportunamente tra le superfici portanti e quelle di controllo così da ottenere un’ottima ricostruzione spaziale dei modi. Il velivolo è stato eccitato contemporaneamente mediante due shaker elettromagnetici installati uno all’estremità dell’ala sinistra ed il secondo sulla deriva: in tal modo si è garantito di eccitare con sufficiente energia tutte le direzioni rilevanti. Particolare cura è stata posta alle superfici di controllo visto il ruolo rilevante che possono giocare nell’insorgenza del flutter: a tale proposito sono stati svolti degli impact test dedicati in cui ciascuna superficie, compresi i tab, è stata messa in vibrazione mediante un martello strumentato.

I modi di vibrare dell’aereo sono stati identificati in termini di frequenza, forma, smorzamento e massa modale a partire dalle FRFs (Frequency Response Functions) mediante l’algoritmo PolymaxTM, stato dell’arte nel settore. La banda fino a 60 Hz è stata investigata.

Esempio di modo identificato

La seconda fase dell’attività ha visto l’accoppiamento analitico tra l’aerodinamica e la struttura del velivolo, allo scopo di determinare numericamente il diagramma V-g e conseguentemente la minima velocità di flutter. Grazie all’elevato numero di sensori impiegati e la conseguente ottima ricostruzione spaziale delle forme modali, si è potuto utilizzare le matrici di massa, rigidezza e smorzamento estratte dai modi sperimentali ed impiegarle direttamente nell’accoppiamento con l’aerodinamica. Questa metodologia, messa a punto e validata da Vicoter insieme a A-Cubed Technology (www.acubedtechnology.com), permette di evitare il costoso sviluppo di un modello ad elementi finiti correlato riducendo notevolmente i tempi per ottenere i risultati da sottoporre all’ente certificatore.

La simulazione è stata svolta tramite il software aeroelastico NeoCass, sviluppato dal Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale del Politecnico di Milano, analizzando entrambe le configurazioni di massa provate sperimentalmente, sia a comandi liberi, sia a comandi bloccati, a differenti quote di volo. Il metodo di calcolo ‘p-K’ è stato impiegato per la soluzione del problema aeroelastico vista la sua comprovata affidabilità.

In tal modo l’inviluppo di volo libero da flutter del Bristell B8 è stato determinato.

Vicoter ringrazia vivamente BRM Aero per la cortesia dimostratagli durante il soggiorno in Repubblica Ceca ed il permesso accordatogli di pubblicare il presente articolo.