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FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki
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René BRUN


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MessagePosté le: Mer 7 Déc - 09:48 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

http://www.tervis.fidisk.fi/nocone.html

traduit par google




Souligne structurels?
Jukka Tervamäki, Novembre 2011


 

Lors de l'apprentissage d'ingénierie j'ai été chargé de minimiser les contraintes de la charge de la réalisation des structures primaires. C'est apparemment une approche à l'ancienne aujourd'hui à en juger par les têtes de rotor autogire expérimentale.  
Un couple d'années on m'a offert une promenade dans une machine sans angle de conicité prédéfinie.En regardant la tête de rotor J'étais inquiet au sujet des charges de flexion et de stress? Est-ce que les lames voler en éclats? Eh bien, de nombreux pilotes finlandais avait 
déjà volé la machine et moi aussi  
Il volait bien, aucun doute à ce sujet. Le trajet était lisse et sans vibration, notamment. Mais il m'a rendu curieux de ce que sont les contraintes impliquées dans ce type de conception?



  Tout charges de flexion actuelle?
Analyse des contraintes structurales
 Il est assez facile de calculer les contraintes d'une pale de rotor de filage ou du moyeu du rotor, si seulement de petites charges de flexion sont présents. C'est le cas avec les rotors ayant un construit en conicité angle. Seules les charges de traction sont présents dans l'air. Oui, il ya des charges de flexion au cours prérotation mais depuis deux pales des rotors vacille sont normalement filée à environ 60% des vols rpm, et la charge augmente centrifuge dans la deuxième puissance aux tours, les contraintes prérotation ne sont pas exceptionnellement élevé.
Il est un fait histoire différente avec des rotors ne pas avoir construit dans l'angle de conicité. Les charges de vol en flexion sont élevés, surtout lors des manœuvres à haute vitesse et g-forces. Afin d'analyser les contraintes qu'on a essentiellement trois options:     1) Appliquer des jauges de contrainte sur les pales et le moyeu dans les endroits critiques. Recueillir les données de vol dans         une boîte noire dans le moyeu ou les envoyer dans votre ordinateur portable wirelesly dans le cockpit.     2) Faire une précision suffisante le modèle informatique en 3D de la pale de rotor et le moyeu pour être utilisés dans FEA         (Finite Element Analysis




)     3) Ecrire les formules du cas de charge et de faire le calcul. Cela implique les mathématiques supérieures.


Je suis chanceux d'avoir un ami, Matti Hyötyniemi, qui est un spécialiste de l'analyse structurelle et me suis intéressé assez dans ce mystère pour faire le travail dans les deux sens. Son entreprise a le meilleur logiciel de l'ordinateur disponible à cet effet (Abaqus, Nastran, FEMAP, etc) . 

J'ai donc pris les mesures du rotor et du fait d'un modèle 3D de celui-ci. Il ya trois barres d'acier à l'intérieur de la lame. La longueur des barres a été déterminée à l'aide d'un aimant. Le modèle n'est pas très précise mais donne une vue approximative des contraintes impliquées. 

Matti appliquée un ascenseur et une bonne distribution de charge centrifuge pour le rotor et son ordinateur a commencé effectuer des calculs.


 



L'analyse par éléments finis L'image ci-dessous montre la lame de flexion et de contraintes ( Abaqus de calcul , critère de Von Mises ) de la ligne médiane du rotor à la pointe. Comme peut être vu de la contrainte maximale est dans la barre de concentrateur lame inférieure et un maximum de flexion dans la première moitié d'un mètre du pied de pale. Cela est évident en regardant les photos du rotor en vol aussi bien.






Une approche simplifiée.Comme nous nous intéressons dans la zone du moyeu du rotor, plus que d'un mètre de rayon où la lame de flexion maximale se produit, ce cas de charge peut être simplifiée à celle montrée ci-dessous:



La lame de flexion et les contraintes peuvent alors être calculées dans un programme de tableur en utilisant la formule ci-dessous, qui Matti a écrit pour moi. Les résultats sont similaires à la méthode d'analyse par éléments finis. Avec un rotor à pas construit dans l'angle de conicité souligne pied de pale sont environ 3 à 4 fois supérieur par rapport à la plaine de charge, c'est à dire centrifuges avec construit dans l'angle de conicité.
                                                                                                                      




Teeter boulon "undersling"
Un résultat intéressant des calculs est que la lame de CG semble être quelques centimètres plus bas avec pas construite en conicité angle et peut être plus proche de la charnière battant réduisant ainsi les vibrations de 2 par tour avec ce type de rotor . 



ConclusionsLes calculs satisfait ma curiosité. Il est hype tant dans l'Internet de la lame du rotor et des conceptions différentes du moyeu. Certains de la hype est presque mystique pour moi. Mais comme je le disais, je suis un peu démodé dans les principes d'ingénierie. Quelques notes de rotors en aluminium que j'ai lus ou entendus dernièrement:     1) Après un vol, lorsque la position de levage du rotor a changé à la position tombantes, un fort bang-sons a été entendu par le rotor. On a supposé y avait un glissement des pièces hub / lame sous le frottement des boulons serrés ou un glissement des tiges d'acier interne? Dans le forum à voilure tournante, j'ai vu des rapports des sons similaires.     2) Dans un rotor démonté une 8mm permanentes, déformation irréversible a été trouvé dans la barre inférieure du moyeu.     3) Au Royaume-Uni de la durée de vie de certains rotors en aluminium a été limité à 700 heures. 




http://www.caa.co.uk/docs/33/20100917MPD2010008.pdfCela a été fait en Finlande, aussi. 
    4) fissuration barre de Hub est un sujet très discuté dans les communautés du gyroscope dans l'Australie et des États-Unis . 

Il est à noter que l'analyse ci-dessus n'a pas tenu compte des détails tels que les propriétés fatigue des pièces et des matériaux ou les concentrations de contraintes au . bords des trous de boulons . Fatique fissures commencent généralement à se propager à partir de telles imperfections Par conséquent, le seul conseil que je puisse vous donner sur le plan pratique est la suivante: Vérifiez régulièrement votre rotor . Commentaires:




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suite à accident d'autogire CALIDUS pour une rupture du mat,je ne vole plus en CALIDUS AUTOGYRO
https://www.youtube.com/watch?v=p-cu7JvTpxw

https://www.youtube.com/watch?v=SPf9v7CU8Ig


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MessagePosté le: Mer 7 Déc - 09:48 (2011)    Sujet du message: Publicité

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Jean Fourcade


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MessagePosté le: Mer 7 Déc - 11:55 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

Très intéressant article rené. Je précise la conclusion :

Un des résultats intéressant de cette étude est que la position du centre de gravité de la pale d'un rotor sans précone semble être quelques centimètres plus bas que le même rotor avec précone réduisant ainsi l'undersling et par conséquent les vibrations à deux fois la fréquence de rotation.

Autrement dit un rotor sans précone à un undersling optimal plus faible et moins de vibration. C'était ce que disaient gma (il me semble) et Xavier, ce dernier ayant essayé des rotors avec précone et ayant trouvé qu'ils vibraient plus. 
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Haflinger


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MessagePosté le: Mer 7 Déc - 11:59 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

Jean Fourcade a écrit:
..............Autrement dit un rotor sans précone à un undersling optimal plus faible et moins de vibration. C'était ce que disaient gma (il me semble) et Xavier, ce dernier ayant essayé des rotors avec précone et ayant trouvé qu'ils vibraient plus.


surtout si on essaye le rotor avec precone avec l'undersling du sans precone , car l'undersling est cense reduire les vibrations alors si on le decale de plusieurs centimetres par rapport a l'optimal pas etonnant que ca vibre davantage


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PhT


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MessagePosté le: Mer 7 Déc - 18:22 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

Salut Jean,
c'était moi ! Et ça explique aussi la manip de Tervaki avec des lests sous les pales pour descendre le CG à la hauteur de l'axe de battement sur son rotor Magny. le résultat est meilleur mais pas encore parfait à ses dires.
PhT a écrit:

Bonjour,
Il me semble que les questions que je me posais  concernant la diminution des vibrations survenue en diminuant la hauteur de "l'undersling" sur les rotors de Xavier ont une réponse qui devrait nous mettre d'accord.
En fait comme nous le disons tous l'axe de battement doit être confondu avec le CG global des pale et du porte pale qui forment notre "cône"
Il l'est car sa pointe est nettement plus basse sur les rotors dont le porte-pale n'est pas pré-arqué.
Petit schéma pour expliquer en exagérant la flexion des pales qui est néanmoins bien réelle :






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Jean Fourcade


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MessagePosté le: Mer 7 Déc - 18:30 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

Effectivement Philippe ! Quand j'aurai le temps j'essayerai de calculer précisément les vibrations en fonction de la hauteur de l'undersling. Il faudrait quand même résoudre définitivement ce problème.
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Jean Claude DEBREYER


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MessagePosté le: Mer 7 Déc - 23:41 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

On a déjà discuté ce problême, proportionnel à l'inertie de "pas", à l'inertie de "pas" à l'angle de battement a1 et au carré de ohméga (d'après moi) Il existe toujours une hauteur minimisant Io,
et le minimum diminue nécessairement si on réduit la concité (Io = Somme des m .h2) Il est donc normal que l'absence de précône est favorable. Mais attention aux contraintes dans les pales.


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PhT


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MessagePosté le: Jeu 8 Déc - 13:56 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

Bonjour JC,
on en a discuté mais on a pas calculé ! En plus Jean avait introduit la notion de traînée du rotor autour de la position 3-9 h qui s'exercerait sur les pales et qui serait naturellement proportionnel à la vitesse d'avancement. Comme elle s'appliquerait au 2/3 de l'envergure des pales elle serait au-dessus de l'axe de battement optimum déterminé en ne considérant que la position du CG rotor.  A moins que ces deux points soient confondus il faudrait donc optimiser l'undersling pour une vitesse déterminée et accepter des vibrations 2 t plus importantes en dehors de cette vitesse, autorotation verticale excepté.
On est pas sorti de l'auberge ! Heureusement que dans la vraie vie on a réglé empiriquement ce problème ce qui n'empêche pas d'espérer une solution calculée ...


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Jean Claude DEBREYER


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MessagePosté le: Ven 9 Déc - 11:02 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

Bonjour Philippe
J'ai aussi supposé que la trainée du rotor, proche du bout des pales, pouvait  ajouter ou réduire son moments par rapport au pivot de tangage. Mais il m'est apparu qu'on ne pouvait pas dissocier la trainée et la portance des divers éléments de pales: C'est la résultante qu'il faut considérer. Or si la trainée des éléments d'extrémités varie, c'est essentiellement parce que leur résultante  varie, sans changer notablement d'angle. En tenant compte de çà,  l'effet m'a semblé négligeable devant les moments vibratoires  provenant de l'inertie en "pas" des pales "cônées".
Ces moments d'inertie étant irrémédiables (et la conicité aussi), les frictions  évoquées dans ce forum sont un moyen de les faire contrer par la structure, avant qu'ils ne parviennent dans la main du pilote.
J'avais pensé qu'un amortisseur à huile pourrait faire l'affaire. A la réflexion, je ne crois pas: Les vitesses angulaires à filtrer ne sont pas plus rapides que celles exigées par le pilotage (grossièrement 20° par seconde)


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Jean Fourcade


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MessagePosté le: Ven 9 Déc - 15:37 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

Jean-Claude, Philippe, si vous reprenez mon calcul dans le post "Répartition de la portance", vous verrez que j'ai calculé que la composante alternative du couple rotorique (prenant en compte portance et traînée) est d'environ 16 daN.m et que le maximum est obtenue en position 3-9h. Cela fait un total de 32 daN.m (la pale à 9h veut accélérer et la pale à 3h veut freiner) qui si le point d'application est effectivement au 2/3 crée un moment alterné par rapport au pivot de tangage. Je ne me souviens plus la valeur, Jean-Claude, que tu as à calculé provenant de ce que tu appelles l'inertie en "pas" pour pouvoir comparer.
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Jean Claude DEBREYER


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MessagePosté le: Ven 9 Déc - 16:47 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

Jean,  Je te donne la valeur d'inertie de pas que je trouve pour un le rotor de  7m et 3,8° de conicité  avec underslung idéal (h cône /2): 0,053 kg.m2; et quatre fois plus avec h =0

Une remarque: Les 32 daN.m  de couple rotorique dont tu parles, sont dues à des projection de résultantes sur le plan de rotation, par définition.  Calculer l'effet de ces couples rotoriques sur le moment appliqué au pivot de tangage t'en a fait immanquablement omettre les composantes axiales (Fn) produisant  aussi leur moment sur ce  pivot et il te faudra bien les réintégrer.


Dernière édition par Jean Claude DEBREYER le Ven 9 Déc - 17:34 (2011); édité 1 fois
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Haflinger


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MessagePosté le: Ven 9 Déc - 17:32 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

je n'ose pas demander combien ca fait quand la pale pivote autour de son axe

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Jean Claude DEBREYER


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MessagePosté le: Ven 9 Déc - 18:03 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

Haflinger,    Voici le tableau des couples de rotation pour chaque éléments de pale et chaque position en azimut de ce rotor dans les conditions mentionnées. Le total pour la pale complète est dans une colonne à droite, ainsi que la différence, puis le bilan, nul,  sur un tour complet.
 A l'azimut 90° on y voit  -22 daN pour l'une et 19 daN pour l'autre .  

http://autogire.xooit.fr/image/66/a/d/c/sans-titre-2f7e518.png.htm


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PhT


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MessagePosté le: Ven 9 Déc - 19:04 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

Bonsoir Jean et JC,
par un raisonnement à la louche j'approche la valeur trouvée par Jean voici la démarche : en supposant une finesse rotor très optimiste de 6, la valeur de la traînée rotor pour un appareil de 300 kg sera de 50 kg. l'influence  sera maximum à 3-6 h et minium à 6-12 h. Dans le cas qui nous occupe  je dis donc que la traînée "gênante" occupe un demi-tour rotor donc qu'elle est deux fois moindre soit 25 kg (excusez les unités hors d'age mais c'est pour me faire bien comprendre de tous) Cette traînée créera un couple de 25 kg x par la distance entre l'axe de battement et la droite reliant les centres de traînée et de portance des pales située au 2/3 de l'envergure. Il y aurait donc, à mon avis, intérêt à regrouper centre de gravité, centre de traînée et axe de battement. Comment faire sans augmenter l'inertie en pas ? Le lestage des extrémités de pale serait une solution déjà utilisée par tous les constructeurs expérimentés  Il diminue la conicité, il déplace les cg vers l'extérieur et les rapproche des centres de portance/traînée et avec un porte-palesans précone il diminue l'inertie de pas. Reste la contrainte mécanique dans le porte pale, les mains et l'emplanture des pales qui ne me plait pas beaucoup !


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Jean Claude DEBREYER


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MessagePosté le: Ven 9 Déc - 22:36 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

Bonsoir Philippe.  Même remarque qu'à Jean :  Les couples rotoriques sont dues à des projections de résultantes aérodynamique des pales sur le plan de rotation, par définition.  En les prenant seuls en compte pour calculer le moment de tangage appliqué au plateau, on omet l'effet opposé des composantes axiales (Fn) de ces résultantes. C'est du même ordre d'erreur que ce qui fait croire à une trainée négative avec la polaire de Lilienthal: Il faut considérer les deux composantes. 

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Xavier AVERSO


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Masculin Capricorne (22déc-19jan)

MessagePosté le: Ven 9 Déc - 22:46 (2011)    Sujet du message: FLEXION DU ROTOR selon Jukka Tervamäki Répondre en citant

   PhT :  Le lestage des extrémités de pale serait une solution déjà utilisée par tous les constructeurs expérimentés  Il diminue la conicité, il déplace les cg vers l'extérieur et les rapproche des centres de portance/traînée et avec un porte-pales ans précone il diminue l'inertie de pas. Reste la contrainte mécanique dans le porte pale, les mains et l'emplanture des pales qui ne me plait pas beaucoup !
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