Helicopter blade morphing strategies aimed at mitigating environmental impact

The requirement of mitigating the environmental impact of helicopters has been addressed globally within the FRIENDCOPTER Project in the sense that several aspects (such as noise abatement, vibration reduction, fuel consumption) have been studied in parallel with different approaches among which there is the active blade control. In the work at hand, attention is paid on two topics aimed at mitigating helicopter environmental impact through a morphing strategy: the aerodynamic optimization of a blade section whose camber can be affected by an actuator and the design of a SMA based static twist concept, aimed at extending the helicopter flight envelope. The latter device is based on a SMA rod which is integrated in the spanwise direction within the blade structure at different positions. The actuator, when heated, transmits a torque couple which induces twist onto the blade. The twist variation due to the SMA device activation has been predicted by a FE approach (MSC/Marc software implemented with the SMA Brinson model). Finally, rotor performance in hover has been estimated with the actuator in power on and off positions, highlighting benefits coming from several spanwise integrations/distributions of the SMA device.

Wymóg jak najmniejszej uciążliwości helikopterów na otaczające środowisko został wyartykułowany w projekcje europejskim FRIENDCOPTER, w którym kilka zagadnień (takich jak redukcja hałasu, drgań, obniżanie zużycia paliwa) poddano równoległym badaniom, łącznie z problemem odpowiedniego kształtowania profilu łopat wirnika głównego do osiągnięcia tych celów. W prezentowanej pracy uwagę skupiono na ograniczaniu środowiskowej uciążliwości helikopterów poprzez przyjęcie dwóch koncepcji kształtowania łopat wirnika – aerodynamiczną optymalizację przekroju łopaty, której kształt może być deformowany za pomocą aktuatorów oraz wprowadzenie stopów z pamięcią kształtu (SMA) do skręcania profilu łopaty, co pozwala na rozszerzenie obwiednich osiągów helikoptera. Drugie rozwiązanie zostało oparte na zastosowaniu prętów SMA zintegrowanych z łopatą w kilku miejscach wzdłuż jej długości. Aktuatory SMA generują pary momentów skręcających przy podgrzaniu. Modelowanie tego efektu opisano za pomocą metody elementów skończonych (przy użyciu modelu Brinson SMA i oprogramowania MSC/Marc). Na koniec przedyskutowano wydajność wirnika głównego dla helikoptera w zawisie przy włączonym i wyłączonym układzie sterowania. Podkreślono korzyści uzyskane z wzdłużnego wkomponowania w łopatę wirnika kilku aktuatorów SMA.