Design of an excitation system for wind tunnel flutter testing

This work demonstrated the possibility of realizing a system capable of exciting the vibration modes of an aircraft model made for the wind tunnel. Within the framework of the European Community-funded project U-HARWARD the need arises to investigate new conceptual solutions in aircraft layouts. This can be done, in a preliminary stage, with numerical approaches and simulations. However, at a later stage it is essential to investigate the new models also with experimental methods and test campaigns carried out on physical structures of the aircraft. Hence the need to design and implement special instruments capable of dynamically exciting the structure to highlight its behavior and enable its proper study and evaluation. The evaluation of the dynamic behaviors of aircraft structures, during a conceptual and preliminary design, is of fundamental importance and preparatory to the definition of the final design of the models. Being able to characterize dynamic behavior from test campaigns carried out on wind tunnel models allows absolute savings in cost and time, compared with testing performed on real aircraft. For the design of the excitation system, we started by evaluating common systems already widely used in wind tunnels, narrowing the choice to those most suitable for this work. Using analytical and numerical techniques, with the development of finite element models, the aircraft models on which such a system is to be installed were fully characterized. With the use of an aeroelastic code, it was possible to make an initial theoretical assessment of the effect of such a system on the structures. Noting the geometry that the excitation system is to have, with 3D modeling software it was fully designed to be produced and tested. Such a physical system represents precisely the final result of this work, which will have to be physically tested in the tunnel to validate all the data collected. This work adds, albeit in a small way, to the body of knowledge in the disciplinary field of which it is a part. It also represents a modus-operandi that can be followed for future work with the same purpose.

Questo lavoro ha dimostrato la possibilità di realizzare un sistema in grado di eccitare i modi di vibrare di un modello di velivolo realizzato per la galleria del vento. Nell’ambito del progetto finanziato dalla Comunità Europea U-HARWARD nasce la necessità di investigare nuove soluzioni concettuali nei layout dei velivoli. Questo può essere fatto, in una prima fase preliminare, con approcci numerici e simulazioni. In una fase successiva è però indispensabile investigare i nuovi modelli anche con metodi sperimentali e campagne di test effettuate su strutture fisiche dei velivoli. Da qui la necessità di progettare e realizzate appositi strumenti in grado di eccitare dinamicamente la struttura per evidenziarne il comportamento e permetterne l’adeguato studio e valutazione. La valutazione dei comportamenti dinamici delle strutture di velivoli, durante una progettazione concettuale e preliminare, ha un importanza fondamentale e propedeutica alla definizione della progettazione definitiva dei modelli. Essere in grado di caratterizzare il comportamento dinamico da campagne di test svolte su modelli di galleria del vento permette un risparmio assoluto in termini di costi e tempi, rispetto ai test effettuati suoi velivoli reali. Per la progettazione del sistema di eccitazione si è partiti dalla valutazione dei comuni sistemi già ampiamenti utilizzati in galleria del vento, restringendo la scelta ai più adatti per questo lavoro. Con l’utilizzo di tecniche analitiche e numeriche, con lo sviluppo di modelli agli elementi finiti, si sono completamente caratterizzati i modelli di velivoli sui quali tali sistema andrà installato. Con l’utilizzo di un codice aeroelastico è stato possibile fare una prima teorica valutazione dell’effetto di tale sistema sulle strutture. Nota le geometria che il sistema di eccitazione dovrà avere, con software di modellazione 3D si è completamente progettato per essere prodotto e testato. Tale sistema fisico rappresenta proprio il risultato finale di questo lavoro, che dovrà essere fisicamente testato in galleria per validare tutti i dati raccolti. Questo lavoro va ad arricchire, seppur in piccola parte, il patrimonio di conoscenza nell’ambito disciplinare di cui fa parte. Rappresenta anche un modus-operandi che è possibile seguire per futuri lavori con lo stesso scopo.