A study of the influence of viscoelastic damping on aeroelastic Flutter phenomenon

This work proposes an investigation of the influence of viscoelastic damping on the dynamic aeroelastic behavior of aeronautical systems. The stability analysis is made by using typical section models with two and three degrees of freedom. In the first one plunge and pitch motions are considered and in the second the rotation of a control surface is also included. The viscoelastic damping is introduced in the system as dissipative devices which act as viscoelastic springs. Regarding the aerodynamic modeling, it is assumed unsteady theory, which considers the vorticity effects associated to air flow. The k method is used to calculate the flutter boundaries. The goal of this work is to evaluate the influence of viscoelastic behavior on critical flutter speed. The equations of motion are modified to take into account the dependence of the viscoelastic behavior with respect to frequency and temperature, using the concepts of complex modulus and shift factor. In the time domain analyses it is used the fractional derivative model to represent the viscoelastic behavior, associated to a rational function approximation of the aerodynamics. The numerical simulations lead to conclude that the viscoelastic damping can effectively increase the flutter speed range. Furthermore, the parametric evaluation conducted shows the strong dependence of the aeroviscoelastic behavior with respect to temperature and geometry of the viscoelastic suspension devices.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorMestre em Engenharia MecânicaO presente trabalho investiga a influência do amortecimento viscoelástico sobre o fenômeno de instabilidade aeroelástica do tipo flutter. A análise de estabilidade aeroelástica é realizada utilizando modelos de seção típica de dois e três graus de liberdade. No primeiro modelo, são considerados os movimentos verticais e de rotação do aerofólio ao passo que, no segundo caso, a rotação de uma superfície de controle associada também é considerada. O amortecimento viscoelástico é introduzido nas molas que formam a suspensão do aerofólio. No que diz respeito à modelagem aerodinâmica, é assumida a teoria não estacionária, a qual considera os efeitos de esteira associados ao escoamento de ar. O método de solução de flutter empregado é o Método k, ou Método V-g. O objetivo geral desse trabalho é avaliar a influência do comportamento viscoelástico na velocidade crítica de flutter, especialmente visando comprovar a possibilidade de que o aumento do amortecimento proporcionado pelo material viscoelástico possa ampliar a margem de estabilidade dinâmica. As equações do movimento são modificadas para levar em conta a dependência do comportamento viscoelástico em relação à frequência e à temperatura, utilizando os conceitos de módulo complexo e fator de deslocamento. Quando a análise é feita no domínio do tempo, é utilizado o modelo de derivadas fracionárias para representar o comportamento viscoelástico, associada a uma aproximação por funções racionais da aerodinâmica envolvida. As simulações numéricas levam a concluir que a inserção do amortecimento viscoelástico pode aumentar efetivamente a faixa de estabilidade do modelo assumido. Ainda, por meio de avaliações paramétricas realizadas observa-se a forte dependência do comportamento aeroviscoelástico em relação à temperatura de operação e às características geométricas dos dispositivos viscoelásticos