Ground resonance stability of the SH09 prototype with interblade lead-lag dampers

This thesis work studies the rotorcrafts behaviour on ground and the investigates the use of interblade dampers.The core of this dissertation has been the understanding of a very well known phe-nomenum, the ground resonance, for helicopters that adopt interconnected blades.The essence of this research includes the modeling techniques developed to introduce the damper elements in the rotor models. Airframe and rotor coupled models are evaluated with substructuring approach,through the use of virtual work principle. The main idea in damper element modeling, recalls the theory of closed loop feedback control systems, in order to add sufficient modal damping to ensure system stability.To perform these studies, a numerical tool in Matlab and Nastran environments has been developed for the analysis of helicopters on ground, it is called ”GRAIT”(Ground Resonance And Interblade modeling Tool). This tool has been used for the analysis of the behaviour on ground of the SH09 helicopter prototype of Kopter Group AG.The techniques illustrated in the next chapters are applied in order to compare different geometrical configurations for rotors that adopt interblade dampers. Moreover, it will be presented a comparison on different characteristics of this essential rotorpart, next to different airframe on ground conditions. Furthermore, the procedure is capable of modeling and study the stability of helicopters on ground during a failure condition, represented by the loss of a damper.The critical issues of this event are presented and commented.Finally, there are investigated the effects of the activation of aerodynamics on ground resonance stability.The results of this work and its applications would be use, thanks to flight test validation, to ensure helicopter safety, reliability and performances for the type certification for commercial use.

Questo lavoro di tesi studia il comportamento al suolo dei velivoli ad ala rotante e l'uso di smorzatori "interblade". Il cuore di questa disserzione è stata la comprensione di un noto fenomeno, la risonanza al suolo (ground resonance), per elicotteri che adottano pale interconnesse. L'essenza di questa ricerca include le tecniche di modelazione sviluppate al fine di introdurre gli elementi smorzanti nei modelli di rotore. I modelli di fusoliera e rotore accoppiati sono ottenuti attraverso sottostrutturazione e attraverso l'utilizzo del principio dei lavori virtuali. L'idea alla base della modellazione degli smorzatori richiama la teoria del controllo in circuito chiuso, in modo da aggiungere suffieciente smorzamento da garantire la stabilità del sistema. Per poter eseguire questi studi, è stato sviluppato uno codice numerico in ambiente Matlab e Nastran per l'analisi di elicotteri al suolo, si chiama GRAIT (Ground Resonance And Interblade modeling Tool). Questo strumento è stato usato per l'analisi del comportamento al suolo del prototipo di elicottero SH09 di Kopter Group AG. Le tecniche illustrate nei seguenti capitoli sono applicate in modo da poter confrontare diverse configurazioni geometriche in rotori che adottano smorzatori interblade. Inoltre, verrà presentato un confronto utilizzando differenti caratteristiche di questa importante parte del rotore, affiancato da diverse condizioni di interfaccia tra il velivolo e il suolo. In aggiunta, la procedura sviluppata è in grado di modellare e studiare la stabilità di elicotteri a terra in una condizione di malfunzionamento, la perdita di uno smorzatore. Le criticità di questo evento sono presentate e commentate. Infine, vengono studiati gli effetti dell'aerodinamica sulla stabilità al suolo. I risultati di questa tesi e le sue applicazioni saranno usati, grazie alla validazione congiunta con i dati di volo, per assicurare sicurezza, affidabilità e prestazioni dell'elicottero per la certificazione ad uso commerciale.