Modelagem dinâmica de helicópteros com motores não ideais.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/23940 |
Resumo: | The non-ideality of energy sources used in mechanical systems, in general, has been studied more thoroughly at mechanical engineering. Knowing how a non-ideal engine affects the system is realy important, because of undesirable effects resulting from the interaction between the structure of the equipment and the energy source, like Sommerfeld Effect. This one happens when there is some imbalance, from the engine, the rotor hub or in the system blades, promoting instabilities shown in the system acceleration and slowingdown process. The mechanical system modeling excited by engine is normaly based in the assumption that all of the power supplied to the engine is converted in useful work or considering that the energy loss happens in the coupling of the engine. However, this is a simplification done to reduce the system complexity, making the moviment equations solution easier, but there are also conditions in which energy is dissipated in the structure by vibrating moviments. In helicopters, dynamic effects, as discussed previously, are responsables for major accidents. Ground Resonance for example is a widely known phenomenon in the aeronautical evironment which occours when the excitation generated by the engine reaches the aircraft natural frequency, when this last one is in the ground. The contact between the helicopter and the ground progress a system change, when compared to the aircraft in flight, causing an unwated dynamic responce. The present work presents the modeling of a helicopter (divided in models HT1 and HT2), which was carried out with the development of system energy equations, followed by the non-ideal motor equation, using a simplified torque curve, besides linearization of equations, allowing to obtain a system of matrices, representing the aircraft. The dynamical responses of the models were also presented, showing that the aircraft presents dynamic instability when they are driven with frequency near to some natural of the fuselage. Also, the complexity related to the construction of a system of equations capable of coupling the ground resonance model to the non - ideal motor was verified, showing that the simplification of the torque curve limits the ability to represent the model with real operating parameters. |
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Modelagem dinâmica de helicópteros com motores não ideais.Dynamic modeling of helicopters with non-ideal engine.HelicópterosMotores não ideaisDinâmica não linearRessonância soloHelicoptersNon-ideal enginesGround ResonanceNonlinear DynamicsCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICACNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::ESTATICA E DINAMICA APLICADACNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::MAQUINAS, MOTORES E EQUIPAMENTOSCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::CONTROLE DE SISTEMAS MECANICOSCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::DINAMICA DE VOO::ESTABILIDADE E CONTROLEThe non-ideality of energy sources used in mechanical systems, in general, has been studied more thoroughly at mechanical engineering. Knowing how a non-ideal engine affects the system is realy important, because of undesirable effects resulting from the interaction between the structure of the equipment and the energy source, like Sommerfeld Effect. This one happens when there is some imbalance, from the engine, the rotor hub or in the system blades, promoting instabilities shown in the system acceleration and slowingdown process. The mechanical system modeling excited by engine is normaly based in the assumption that all of the power supplied to the engine is converted in useful work or considering that the energy loss happens in the coupling of the engine. However, this is a simplification done to reduce the system complexity, making the moviment equations solution easier, but there are also conditions in which energy is dissipated in the structure by vibrating moviments. In helicopters, dynamic effects, as discussed previously, are responsables for major accidents. Ground Resonance for example is a widely known phenomenon in the aeronautical evironment which occours when the excitation generated by the engine reaches the aircraft natural frequency, when this last one is in the ground. The contact between the helicopter and the ground progress a system change, when compared to the aircraft in flight, causing an unwated dynamic responce. The present work presents the modeling of a helicopter (divided in models HT1 and HT2), which was carried out with the development of system energy equations, followed by the non-ideal motor equation, using a simplified torque curve, besides linearization of equations, allowing to obtain a system of matrices, representing the aircraft. The dynamical responses of the models were also presented, showing that the aircraft presents dynamic instability when they are driven with frequency near to some natural of the fuselage. Also, the complexity related to the construction of a system of equations capable of coupling the ground resonance model to the non - ideal motor was verified, showing that the simplification of the torque curve limits the ability to represent the model with real operating parameters.Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)A não idealidade das fontes de energia usadas em sistemas mecânicos, de forma geral, vem sendo estudada cada vez mais a fundo na engenharia mecânica. Conhecer os efeitos da presença de um motor não ideal é extremamente importante, pois a interação dinâmica deste com a estrutura resulta em fenômenos indesejáveis, como o efeito Sommerfeld. Este fenômeno ocorre quando há algum desbalanceamento, podendo este ser no motor, no rotor ou mesmo nas pás do helicóptero, gerando instabilidades verificadas na aceleração ou desaceleração do motor. A modelagem de sistemas mecânicos acionados por motores é, normalmente, realizada considerando que toda energia fornecida para o motor é convertida em trabalho útil ou mesmo que as perdas envolvidas ocorrem no interior do motor e no acoplamento ao sistema. No entanto, esta simplificação é feita para reduzir a complexidade do sistema, facilitando, assim, a solução das equações de movimento, por exemplo; havendo também condições onde a energia é dissipada para a estrutura na forma de movimentos vibratórios. Em helicópteros, efeitos dinâmicos, como o descrito anteriormente, são responsáveis por acidentes graves. A ressonância solo, por exemplo, é um fenômeno amplamente conhecido no meio aeronáutico e que ocorre quando a excitação promovida pelo motor faz com que seja atingida a frequência de ressonância da estrutura no momento em que a aeronave se encontra no solo. O contato do helicóptero com o solo promove alteração no sistema composto pela aeronave, comparado ao mesmo em condição de voo, causando uma resposta dinâmica indesejada. O presente trabalho apresenta a modelagem de um helicóptero (dividido em modelos HT1 e HT2), a qual foi realizada com o desenvolvimento das equações de energia, seguida pelo equacionamento do motor não ideal. Para isso foi utilizada uma equação simplificada de torque, além da linearização das equações, resultando em um sistema de matrizes capaz de representar a aeronave. Foram, também, exibidas as respostas dinâmicas dos modelos, mostrando que as aeronaves apresentam instabilidade dinâmica ao serem acionadas com frequência próxima a alguma natural da fuselagem. Ainda, foi verificada a complexidade relacionada à construção de um sistema de equações capaz de acoplar o modelo de ressonância solo ao motor não ideal, mostrando que a simplificação da curva de torque limita a capacidade de representar o modelo com parâmetros reais de operação.Universidade Federal de UberlândiaBrasilEngenharia MecânicaSaches, Leonardohttp://lattes.cnpq.br/6978425622746671Guimarães, Thiago Augusto Machadohttp://lattes.cnpq.br/0859338195145281Morais, Tobias Souzahttp://lattes.cnpq.br/1662045974941011Souza, Márcio Peres dehttp://lattes.cnpq.br/9505563014375470Leite, Patrick Nunes2019-01-17T15:59:23Z2019-01-17T15:59:23Z2018-12-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfLEITE, Patrick Nunes. Modelagem dinâmica de helicópteros com motores não ideais. 2018, 79 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/23940porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2019-01-17T16:01:12Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/23940Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2019-01-17T16:01:12Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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The non-ideality of energy sources used in mechanical systems, in general, has been studied more thoroughly at mechanical engineering. Knowing how a non-ideal engine affects the system is realy important, because of undesirable effects resulting from the interaction between the structure of the equipment and the energy source, like Sommerfeld Effect. This one happens when there is some imbalance, from the engine, the rotor hub or in the system blades, promoting instabilities shown in the system acceleration and slowingdown process. The mechanical system modeling excited by engine is normaly based in the assumption that all of the power supplied to the engine is converted in useful work or considering that the energy loss happens in the coupling of the engine. However, this is a simplification done to reduce the system complexity, making the moviment equations solution easier, but there are also conditions in which energy is dissipated in the structure by vibrating moviments. In helicopters, dynamic effects, as discussed previously, are responsables for major accidents. Ground Resonance for example is a widely known phenomenon in the aeronautical evironment which occours when the excitation generated by the engine reaches the aircraft natural frequency, when this last one is in the ground. The contact between the helicopter and the ground progress a system change, when compared to the aircraft in flight, causing an unwated dynamic responce. The present work presents the modeling of a helicopter (divided in models HT1 and HT2), which was carried out with the development of system energy equations, followed by the non-ideal motor equation, using a simplified torque curve, besides linearization of equations, allowing to obtain a system of matrices, representing the aircraft. The dynamical responses of the models were also presented, showing that the aircraft presents dynamic instability when they are driven with frequency near to some natural of the fuselage. Also, the complexity related to the construction of a system of equations capable of coupling the ground resonance model to the non - ideal motor was verified, showing that the simplification of the torque curve limits the ability to represent the model with real operating parameters. |
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