Obliczenia flatteru prostokątnego płata ze sterem za pomocą MSC NASTRAN, ZONA ZAERO i ANSYS/Fluent - porównanie z wynikami badań w tunelu aerodynamicznym

Do oceny właściwości aeroelastycznych obiektów latających powszechnie wykorzystywane są analizy obliczeniowe w dziedzinie częstości. W niniejszej pracy do sprawdzenia wiarygodności takich obliczeń wykorzystano wyniki badań prostego obiektu (skrzydła ze sterem) przeprowadzonych przed kilku laty w tunelu Instytutu Lotnictwa. W tym celu zbudowano model obliczeniowy badanego obiektu w systemie MSC Nastran. Spośród wielu wyników, do obecnych porównań wybrano najciekawszą konfigurację, dla której w tunelu występował flatter przy prędkości 17,7 m/s, natomiast w obliczeniach w systemie MSC Nastran flatteru nie wykryto. Dla tych danych za pomocą MSC Nastran wykonano metodą PK obliczenia flatteru z wykorzystaniem modeli aerodynamicznych Doublet Lattice i pasowego. Obliczenia flatteru wykonano także za pomocą dwu wersji programu ZAERO firmy ZONA: z marca 2005 r. i z sierpnia 2011 r. We wszystkich przypadkach, do uzyskania w obliczeniach zmierzonej prędkości krytycznej flatteru była konieczna korekta modelu aerodynamicznego. Zastosowano korektę sił aerodynamicznych za pomocą współczynników WTFACT oraz poprzez zmianę zadanego do obliczeń podziału skrzydło/ster. Ten drugi sposób okazał się bardziej skuteczny. Do uzyskania zgodności wyników obliczeń z eksperymentem najmniejszej korekty wymagało zastosowanie nowego programu ZAERO, nieco większej – MSC Nastranu a największej – starszej wersji programu ZAERO. Dla porównania podano także wyniki analiz flatteru tego samego obiektu i tej samej jego reprezentacji modalnej, wykonane w dziedzinie czasu za pomocą systemu ANSYS/Fluent.

A computational analysis in time domain are commonly used for the aeroelastic properties evaluation. In this paper, the credibility of this analysis is proven, based on wind tunnel flutter tests of a simple object – a wing with control surface - provided a few years ago. For this purpose the MSC Nastran computational model was prepared. In order to make the comparison and to obtain a more detailed analysis in time domain, the most interesting test object configuration was selected. For this configuration, on one hand, in the wind tunnel flutter occurs at 17,7 m/s, but on the other hand, by the MSC Nastran typical aerodynamic flutter computation no flutter was detected. For this model the flutter computation using MSC Nastran with PK method and Doublet Lattice a well as strip aerodynamic models, and two versions: March 2005 and August 2011 of the ZAERO software of ZONA Technologies, Inc. were provided. In each case, an aerodynamic model correction for the consistency with test results was necessary. The correction by WTFACT factors or by, for computation done, wing/control surface dividing line change was used. The second idea turned out to be more effective. In order to get good consistency, the new ZAERO software needs the smallest correction of dividing line localization, MSC Nastran needs a middle correction and the old ZAERO software needs the greatest correction. However, in the case of using in MSC Nastran the strip aerodynamic theory, the good consistency appeared. For comparison, there are also presented flutter analyses in time domain concerning the same object, and the same its modal representation, but using ANSYS/Fluent system.