A novel approach for calculation of gust dynamic loads for tiltrotor

In the design of an aircraft the loads induced by the atmospheric gust encounter are often critical for airframe structural sizing. Consequently, it is extremely important to develop methods that can predict accurately these loads. Current cer- ti cation regulations (e.g. Federal Aviation Regulations, Certi cation Speci cation) include precise requirements concerning the determination of atmospheric loads. In particular, they require that such loads be calculated considering the aircraft dy- namic response - including the e ects of elastic deformations - to discrete gusts and continuous turbulence. In comparison to classical fixed-wing turboprops, TiltRotors imply a higher modeling complexity. With the use of MASST, a MATLAB® based numerical aeromechanics solver developed at Politecnico di Milano, combined with the Nastran™ Monitor Points (MP), dynamic loads can be evaluated with high accuracy in any given section of the airframe. The advantage of this methodology is the possibility to consider a FE model where different types of elements, i.e. beams, plates, solid, etc., are used at the same time, together with accurate models of rotors, unsteady aerodynamics, Flight Control system (FCS), etc. After an initial characterization of the MP type 3 behaviour in simple structural models, the methodology is applied and validated on the AW609 dynamic FE model. The MP 3 output convergence to a reference Nastran™ solution based on MP 1 has been investigated by varying the number of elastic modes used in the analysis. The validated methodology is then applied to the complete model of the AW609 Tiltrotor, which includes the elastic airframe, the two proprotors, the actuators of all the control surfaces and of rotors, the relevant sensors and the FCS. The load results are presented for three different sections of the airframe: wing, fuselage and stabilizer.

Nella progettazione di un velivolo i carichi indotti dalle raffche atmosferiche sono spesso critici per il dimensionamento strutturale. Di conseguenza è fondamentale sviluppare metodi che riescano a predirre con accuratezza questi carichi. Gli attuali regolamenti per la certi cazione civile (FAR, CS) includono precisi requisiti per la determinazione di carichi da raffica. Nello speci co, richiedono che tali carichi siano calcolati considerando la risposta dinamica del velivolo - includendo l'effetto dell'elasticità - a raffiche discrete e turbolenza continua. Rispetto ad un classico turbo-elica, il TiltRotor implica una complessità nella modellazione più elevata. Tramite l'uso di MASST, un tool numerico aeromeccanico sviluppato in MATLAB® dal Politecnico di Milano, combinato con i Monitor Point (MP) di Nastran™ , dai quali si estraggono le informazioni per un innovativo tipo di sensore da usare in MASST, possono essere calcolati i carichi dinamici da raffica in qualsiasi sezione prede nita del velivolo. Il vantaggio di questa nuova metodologia è la possibilità di considerare modelli FE in cui sono presenti diversi tipi di elementi, come travi, piastre, solidi, ecc, insieme a modelli accurati di rotori, aerodinamica instazionaria, FCS, attuatori, ecc. Dopo una iniziale caratterizzazione del comportamento del MP di tipo 3 su modelli semplici, la metodologia è applicata e validata sul modello dinamico a elementi finiti dell' AW609, usando la fusoliera isolata. La validazione è effettuata mediante uno studio della convergenza dei carichi ottenuti con i MP di tipo 3 al variare dell'ordine del modello dinamico ridotto usato, ad una soluzione esatta di riferimento ottenuta in Nastran™ . La metodologia validata viene poi applicata al modello completo dell' AW609 che include fusoliera elastica, i due prop-rotor, attuatori delle super ci di controllo e dei rotori e FCS. I carichi ottenuti su tre sezioni diverse della struttura - fusoliera, ala e coda - vengono presentati.