Gust loading alleviation by feedback circulation control

Gust load control is one of the most significant topics of aerodynamics, since it maintains the stability of an aircraft remarkably. This thesis suggests an approach to the mitigation of gust loads, inspired by emerging active flow control (AFC)technologies. Our approach is based on a circulation control of gust loads, achieved by using two independent sources attached to the surface of NACA 0012 airfoil with12% thickness of the chord length. These sources are the actuator models of our control scheme, and they resemble the behavior of a blowing jet. Optimization of the source locations is an important step in this work, considering that our purpose is easing the gust loads while obtaining the minimum necessary source strength that compensates for the corresponding unsteadiness effects. Formulations in this study are performed by assuming that the flow is irrotational and incompressible. Airfoil unsteadiness caused by gust loads prompts to a change in a perceived angle of attack notably. As a result, the circulation around the airfoil changes, and therefore the Kutta condition is affected. This phenomenon requires a necessity for a vortex wake model for the uncontrolled flow. Note that this uncontrolled flow model is the result to compare our circulation controller with, so that we can analyze the controller performance. Next, we present the derivation of the analytical solution for a controlled unsteady flow model, which involves an airfoil with two sources fixed on it. Our controller is in terms of infinite authority, meaning that there are no uncertainties or delays involved. All numerical solutions are derived in theMatlab environment. A comparison between the resulting forces in the controlled and uncontrolled flows is presented. As a result, we observe successful damp of high percentage of the lift perturbation, while obtaining a small amount of required source strength. Finally, we discuss the future applications in a real-time environment that can adopt our solution.

Il controllo del carico di raffica è uno degli argomenti più significativi dell'aerodinamica, poiché mantiene notevolmente la stabilità di un aereo. Questa tesi suggerisce un approccio alla mitigazione dei carichi di raffica, ispirato dalle tecnologie emergenti di controllo attivo del flusso (AFC). Il nostro approccio si basa su un controllo della circolazione dei carichi di raffica, ottenuto utilizzando due sorgenti indipendenti attaccate alla superficie del profilo aerodinamico NACA 0012 con uno spessore del 12% della lunghezza della corda. Queste sorgenti sono i modelli di attuatori del nostro schema di controllo e assomigliano al comportamento di un getto che soffia. L'ottimizzazione delle posizioni delle sorgenti è un passo importante in questo lavoro, considerando che il nostro scopo è quello di alleggerire i carichi di raffica ottenendo la forza minima necessaria della sorgente che compensi i corrispondenti effetti di instabilità. Le formulazioni in questo studio sono eseguite assumendo che il flusso sia irrotazionale e incomprimibile. L'instabilità del profilo aerodinamico causata dai carichi di raffica richiede in particolare un cambiamento nell'angolo di attacco percepito. Di conseguenza, la circolazione intorno al profilo aerodinamico cambia e quindi la condizione di Kutta è influenzata. Questo fenomeno richiede la necessità di un modello di scia a vortice per il flusso incontrollato. Si noti che questo modello di flusso incontrollato è il risultato con cui confrontare il nostro controller di circolazione, in modo da poter analizzare le prestazioni del controller. Successivamente, presentiamo la derivazione della soluzione analitica per un modello di flusso instabile controllato, che coinvolge un profilo alare con due sorgenti fissate su di esso. Il nostro controller è in termini di autorità infinita, il che significa che non ci sono incertezze o ritardi coinvolti. Tutte le soluzioni numeriche sono derivate in ambiente Matlab. Viene presentato un confronto tra le forze risultanti nei flussi controllati e incontrollati. Di conseguenza, osserviamo un'umidità di successo di un'alta percentuale della perturbazione dell'ascensore, mentre si ottiene una piccola quantità di forza della sorgente richiesta. Infine, discutiamo delle future applicazioni in un ambiente in tempo reale che può adottare la nostra soluzione.