Dissertação

{en_GB=Experimental Testing and Computational Simulation of Helicopter Blade Twist Actuation by Means of Piezoelectric Actuation} {} EVALUATED

{pt=Esta dissertação foca-se na implementação de um método de actuação da torção de pás de helicópteros, por via de actuadores piezoeléctricos Macro fiber composites (MFC) a inclinações de ±45º relativamente à envergadura de pá. Primeiramente, o comportamento dos MFC é testado com um sistema simples, modelado e analisado pelo método de Ritz e de elementos finitos (FEM), comparando por fim estes modelos com medições experimentais. Com uma razoável correspondência entre resultados, o sistema da pá actuada é criado. Uma pá de helicóptero a pequena escala é projectada e produzida por métodos de impressão 3-D, sendo realizados testes de tracção uniaxial com vista a avaliar o efeito que o método de fabrico tem nas propriedades do material PETG utilizado. Destes testes conclui-se que o módulo de Young, a tesnaõ de cedência e a tensão de ruptura do material utilizado na pá são todos consideravemente inferiores aos valores documentados. Uma simulação de FEM estática não linear é realizada no modelo da pá, tendo em consideração a influência da actuação piezoeléctrica, gravidade e força centrífuga, comparando então estes resultados com medições experimentais da deflecção do bordo de fuga sob actuação. Ambos os métodos mostram os actuadores a gerar torção constante no seu comprimento, com valores semelhantes para a actuação máxima, embora estes valores divirjam perto da ponta da pá. Finalmente, simulações de FEM em grande escala são criadas para estimar a actuação possível em sistemas reais, en=This thesis is focused on the implementation of blade twist by piezoelectric actuation, targeted at helicopter blades, by employing Macro fiber composite (MFC) actuator patches at ±45º inclination relative to blade span. First, the actuation behaviour of the MFC is tested in a simple setup, referred to as the unimorph. This system is modelled and analyzed using the Ritz method, as well as in a Finite element method (FEM) simulation, and compared with experimental measurements. With a fair correlation achieved between the three methods, the more complicated system of the blade is created. A model scale helicopter blade is then designed and manufactured by 3-D printing. Tensile tests are performed to assess the effect the manufacturing method has on the properties of the PETG material used for the blade, the results of which show the Young’s modulus, yield and ultimate strength all to be considerably lower than the documented values. A non-linear static FEM simulation is then performed on the blade model taking into account gravity and centrifugal forces on top of the piezoelectric actuation. Experimental measurements of the deflection of the trailing edge due to actuation are taken. Both methods show the MFC actuators generating constant rate of twist along their length with similar maximum actuation values, but the values diverge at the blade tip. Finally, larger scale FEM simulations were created to estimate the possible actuation on real-life systems.}
{pt=Actuador piezoeléctrico, MFC, Torção de pá de helicóptero, Métodos experimentais, Métodos elementos finitos, Impressão 3-D, en=Piezoelectric actuator, MFC, Helicopter blade twist, Experimental methods, Finite element method, 3-D printing}

Junho 29, 2018, 14:30

Orientação

ORIENTADOR

Filipa Andreia De Matos Moleiro

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Filipe Szolnoky Ramos Pinto Cunha

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar