Flutter behaviour of an airfoil with morphing trailing-edge plate

This study intends to analyze the effectiveness of an active control to enhance flutter characteristics of an aifoil with a trailing-edge equipped with a morphing plate actuated with MFC actuators. The structrual model consists of a rigid part, the airfoil, modelled with typical section approach and a deformable part, the trailing-edge morphing plate, modelled as a slender beam discretized with Ritz-Galërkin approach using Legendre polynomials. The aerodynamics is modelled following the thin airfoil theory, using a quasi-steady approximation. All the numerical simulations are performed using Wolfram-Mathematica which proved very useful in this work. The control is implemented using a full-state optimal control. The final results are promising towards the opportunity and feasability of implementing an active control to enhance flutter performances. The aerodynamic model is then extended to the unsteady case for the typical section model introducing the unsteady aerodynamic theory of Theodorsen and dealing with the computation of the flutter velocity using the p-k method. Finally, a typical section model with a traditional flap is analyzed using a feedback aerodynamic approach.

Questo studio intende analizzare l'opportunità di implementazione di un controllo attivo per migliorare le caratteristiche di flutter di un profilo dotato di un'aletta deformabile sul bordo di uscita controllata con attuatori MFC. Il modello strutturale prevede una parte rigida, il profilo, modellata secondo l'approssimazione di sezione tipica e una parte deformabile, l'aletta di bordo di uscita, modellata come una trave e discretizzata con il metodo di Ritz-Galërkin utilizzando i polinomi di Legendre. La parte aerodinamica è stata modellata secondo la teoria dei profili sottili, utilizzando un'approssimazione quasi statica. Le simulazioni numeriche sono state svolte utilizzando Wolfram-Mathematica che si presta molto bene a manipolazioni simboliche in forma chiusa, particolarmente utili in questo lavoro. La parte di controllo è stata svolta implementando un controllo ottimo full-state. I risultati finali sono promettenti per quanto riguarda l'effettiva possibilità ed efficacia di un controllo attivo. La parte di modellazione aerodinamica è stata infine estesa al caso instazionario introducendo, per la sezione tipica, utilizzando la teoria aerodinamica instazionaria di Theodorsen e trattando il calcolo della velocità di flutter mediante il metodo p-k. Infine, un modello di sezione tipica dotato di flap tradizionale è stato analizzato utilizzando un approccio con feedback aerodinamico a modellare l'instazionarietà dei carichi aerodinamici.