A composite made three-axis mass vibration absorber for rotorcraft

There are a lot vibrating objects/systems all around us and some of them are vibrating on purpose while some of them are side effects of their working principle. Moreover, some of them are not perceivable such as a bee antenna while some of them are large and disturbing like helicopter blades. Even tough, the helicopters are not only used for military but also for the civilian transformation due to its unique properties, vibratory loads make it uncomfortable. And the purpose of this thesis is to reduce level of helicopter vibrations generated by its blades by designing a mass-tuned vibration absorber which is placed onto helicopter hub. Moreover, composite materials are the innovative solutions for the aircraft/aerospace structures because of their high strength over weight ratio, corrosion resistance etc. Hence, the main components of the aircrafts are being replaced day by day. Hence, in this thesis composite materials are used for the springs’ design that are the main components of the vibration absorber. Carbon fiber fabric and tape are used together to create the best lamination sequence that supports the loads while springs’ out of plane mode is tuned at the frequency that has the biggest effect on the vibratory loads’ envelope of the helicopter. That dominant frequency for a helicopter is N/rev most of the case where N is the number of the blades. So, the vibratory loads are reduced acting on that frequency. Nastran is the software used for all kind of analyses accomplished like linear static, nonlinear static, nonlinear transient. Moreover, MATLAB is used for all kind of optimization work and results’ plot.

Ci sono molti oggetti / sistemi vibranti intorno a noi. Alcuni di essi vibrano di proposito mentre per altri è un effetto secondario del loro principio di funzionamento. Inoltre, alcuni di essi sono percepibili come il movimento dell'antenna di un'ape, mentre altri ancora sono grandi e inquietanti come le pale dell'elicottero. Gli elicotteri non sono utilizzati solo per scopi militari, ma anche nell'ambito civile a causa delle loro proprietà uniche. Purtroppo, i carichi vibratori lo rendono scomodo. Lo scopo di questa tesi consiste nel ridurre il livello di vibrazioni dell'elicottero generato dalle pale, progettando un assorbitore accordato che viene posizionato sul mozzo dell'elicottero ( TVA - Tuned Vibration Absorber ). I materiali compositi sono una soluzione innovativa per le strutture aeronautiche/spaziali per via del loro elevato rapporto resistenza/peso e resistenza alla corrosione. Pertanto, i componenti principali degli aeromobili vengono sostituiti giorno per giorno. In questa tesi i materiali compositi sono usati per il design delle molle che sono i componenti principali dell'assorbitore di vibrazioni. Il tessuto ed il nastro in fibra di carbonio sono utilizzati insieme a creare la migliore sequenza di laminazione per supportare i carichi mantenendo la frequenza del modo proprio verticale accordata con la frequenza alla quale l'inviluppo dei carichi vibratori dell'elicottero ha il maggior effetto. Tale frequenza corrisponde a N/rev dove N è il numero delle pale. Quindi, i carichi vibratori si riducono agendo su quella frequenza. MSC Nastran è il software utilizzato per tutti i tipi di analisi eseguite, come ad esempio: lineare statica, non-lineare statica ed analisi nel tempo non-lineare. Inoltre è stato utilizzato Mathworks MATLAB per lavori di ottimizzazione ed il disegno dei grafici.