Aeroelastic analysis of a T-tail structure in subsonic flow to study the influence of composite properties

This work studies the aeroelastic flutter response of a T-tail structure in the subsonic regime. The study is firstly based on the coupling between the Finite Element Method (FEM) for the structural part using the Reduction Method, in order to account for the specific boundary conditions, and the mid-fidelity Doublet Lattice Method (DLM). Secondly, for the aeroelastic response the aeroelastic p-k method is applied. For the structural study a plate model is used in order to achieve greater precision with respect to classical approaches based on linear beam models. The aeroelastic model has been validated against previous results obtained in the study of single plate wings, then, this study has focused on T-tail structures, composed of two panels (vertical and horizontal stabilizers). The results show that a mode switch is already present in the structural response with respect to the single plate. This impacts the aeroelastic response. It has been observed that the flutter velocity mostly duplicates with respect to the single plate and, in agreement, its flutter mode has changed. What emerges by performing the parametric study of the T-tail composed of composite laminates is that the optimal configuration is made of an angle-ply composite in all the cases studied. In addition, a flutter frequency discontinuity along the composite space is observed indicating a possible aeroelastic mode switch along the space of anisotropic elastic moduli. This does not induce an evident discontinuity for the flutter velocity.

Questo lavoro studia la risposta aeroelastica al flutter di una struttura a T-tail in regime subsonico. Lo studio si basa in primo luogo sull'accoppiamento tra il metodo agli elementi finiti (FEM) per la parte strutturale utilizzando il metodo di riduzione, al fine di tenere conto delle specifiche condizioni al contorno, e il metodo a reticolo doppietto (DLM) a media fedeltà. In secondo luogo, per la risposta aeroelastica viene applicato il metodo aeroelastico p-k. Per lo studio strutturale viene utilizzato un modello a piastra per ottenere una maggiore precisione rispetto agli approcci classici basati su modelli a trave lineare. Il modello aeroelastico è stato validato rispetto ai risultati precedenti ottenuti nello studio di ali a piastra singola, quindi questo studio si è concentrato su strutture a T-tail, composte da due pannelli (stabilizzatori verticali e orizzontali). I risultati mostrano che un cambio di modalità è già presente nella risposta strutturale rispetto alla piastra singola. Ciò influisce sulla risposta aeroelastica. È stato osservato che la velocità di flutter è per lo più duplicata rispetto alla piastra singola e, di conseguenza, il suo modo di flutter è cambiato. Considerando il T-tail composto da laminati compositi, eseguendo lo studio parametrico di questa struttura, emerge che la configurazione composita ottimale del T-tail è costituita da un composito a strati angolari in tutti i casi studiati. Inoltre, si osserva una discontinuità nella frequenza di flutter lungo lo spazio composito, indicando un possibile cambio di modalità aeroelastica lungo lo spazio dei moduli elastici anisotropi. Ciò non induce una discontinuità evidente nella velocità di flutter.