The static aeroelastic analysis of composite hingeless rotor blades in hover is investigated using a free-wake method. Finite elements based on a large deflection beam theory are used for the structural analysis. No kinematical limitations are imposed on the magnitude of displacements and rotations in the strain-displacement relations. The sectional elastic constants of a composite box beam including warping deformations are determined from the refined cross-sectional finite element method. A three-dimensional aerodynamic model, based on the unsteady vortex lattice method with a wake geometry, can predict aerodynamic loads. The wake geometry in hover is described using a time-marching free-wake method. The aerodynamic loads are compared with the previously published experimental and theoretical results for verification.
Numerical results of the steady-state deflections for the composite hingeless rotor blades are presented and compared with those results based on a two-dimensional quasi-steady strip theory to investigate the effects of wake and based on a prescribed wake method to investigate the effects of wake configuration. A systematic study is made to identify the importance of the stiffness coupling terms on static equilibrium deflections for various fiber orientations and for different lay-up sequences.
본 연구에서는 자유 후류 기법을 사용하여 복합재료 무힌지 로우터 블레이드의 제자리 비행시 정적 공탄성 해석이 수행되었다. 보다 정교한 구조 모델을 위하여 대변형 보 이론에 기초한 유한 요소 모델이 사용되었다. 이때, 초기 변형에 대한 모멘트 변형률은 작다는 가정이 따르긴 하지만, 그 외에 운동학적 제한 사항은 따르지 않는다. 와핑 변위를 포함하는 복합재료 상자형 보의 유효 단면 상수는 정교한 단면 유한 요소 해석을 통하여 구하게 된다. 한편, 비정상 와류 격자법에 기초한 3차원 공기력 모델링을 통하여 공기력 하중이 계산된다. 제자리 비행시의 후류 형상은 순차적 시간적분 자유 후류 기법에 의해 묘사된다. 공기력 하중은 선행 연구자들에 의한 실험결과와 또 다른 해석 결과들과 비교하여 검증되었다.
복합재 무힌지 로우터 블레이드의 정적 변형의 수치적 결과들은 후류가 발생됨에 따른 효과를 살펴보기 위하여 후류 효과를 고려하지 않는 2차원 준정상 공기력 이론을 적용한 해석 결과와 비교하였고, 후류 형상이 정적 변형에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 경험 후류 기법을 통한 결과와도 비교하였다. 이와 더불어, 복합재의 적층 형상에 따른 구조적 연성 효과가 정적 평형상태에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 살펴보았다.
