Influence of aerodynamic modeling on the whirl flutter stability of a propeller under axial and non-axial flow conditions
Influence de la modélisation aérodynamique sur le flottement gyroscopique d'une hélice soumise à un écoulement axial ou de biais
Résumé
The next generation of propeller-driven aircraft raises new concerns about their stability regarding the whirl flutter phenomenon. This instability has to be evaluated early in the design phase, thereby raising a need for fast and robust prediction methods. The key to analyzing such instability is the modeling of the motion-induced aerodynamic loads on the propeller. This paper proposes to build and compare different aerodynamic modeling methods ranging from low- to mid-fidelity. The comparison of the resulting stability boundaries shows that certain low-fidelity models give results close to mid-fidelity, emphasizing the advantages of these fast low-fidelity methods for the whirl flutter prediction. The interest of mid-fidelity modeling techniques in the study of non-conventional situations is also looked at. In particular, the occurrence of whirl flutter under non-axial flow is studied. The obtained stability boundaries highlight a slight stabilizing influence, demonstrating that the axial flight situation remains a conservative framework for whirl flutter studies.
La prochaine génération d'avions à hélice soulève de nouvelles inquiétudes quant à leur stabilité face au flottement gyroscopique. Cette instabilité doit être évaluée dès le début des phases de conception, d'où l'intérêt de disposer de méthodes de prédiction rapides et robustes. La clé dans l'analyse de ce phénomène est la modélisation des charges aérodynamiques induites par le mouvement de l'hélice. Cet article propose de construire et de comparer différentes méthodes de modélisation aérodynamique allant de la basse à la moyenne fidélité. La comparaison des limites de stabilité obtenues montre que certains modèles basse fidélité donnent des résultats proches de la moyenne fidélité, soulignant les avantages de ces méthodes rapides de bas niveau pour la prédiction du flottement gyroscopique. L'intérêt des modèles de moyenne fidélité lors de l'étude de situations non conventionnelles est également examiné. En particulier, l'occurrence du flottement gyroscopique dans un écoulement non axial est analysée. Les limites de stabilité obtenues mettent en évidence une influence légèrement stabilisatrice, démontrant que la situation de vol axial reste un cadre conservateur pour les études de stabilité.
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