Il rotore di un elicottero è una grande sorgente di rumore e vibrazioni, generati dall'interazione delle pale con il campo aerodinamico (il numero di pale è discreto e ogni pala interagisce in maniera diversa con il campo aerodinamico), i quali vengono trasmessi all'intera macchina. Questi problemi hanno un forte impatto sull'ambiente, sul comfort dell'equipaggio e dei passeggeri, sugli sforzi dinamici e quindi sulla vita a fatica dei vari componenti, compromettendo notevolmente anche le prestazioni dei velivoli stessi e riducendone la portanza e la manovrabilità.
Un campo in forte espansione è quindi lo sviluppo di soluzioni tecnologiche in grado di ridurre i problemi di risposta della pala, per esempio agendo direttamente sui carichi aerodinamici, tramite il controllo attivo. E' necessario quindi avere a disposizione un metodo di analisi della struttura che permetta di ottimizzarne il comportamento aeroelastico - aeroacustico, considerando anche la presenza di quei sensori e attuatori che sono necessari al controllo della pala. Per poter sviluppare tecniche avanzate di riduzione delle vibrazioni e del rumore è importante migliorare il modello strutturale di analisi della pala che, unito ad un modello aerodinamico, permetta di studiarne il comportamento aeroelastico e la risposta dinamica del rotore. Attualmente la caratterizzazione strutturale delle pale viene effettuata seguendo due metodologie:
·Analisi modale delle pale in condizioni statiche mediante Impact Test
·Simulazioni agli elementi finiti (FEM) della dinamica della pala.
Questa ricerca introduce una nuova metodologia di indagine che permette sia di caratterizzare la dinamica del corpo palettato, che di validare i risultati ottenuti mediante le simulazioni software.
In questa tesi vengono analizzate le tecniche di misura laser applicate su oggetti rotanti e in particolare viene studiata la tecnica TLDV (Tracking Laser Doppler Vibrometry); questa tecnica permette di inseguire con un raggio laser un punto su una superficie in movimento e di eseguire misure di vibrazioni su rotori a differenti velocità di rotazione. Nel passato questa tecnica è stata applicata solo nel settore automotive ed è stata ottimizzata in questa tesi per l'applicazione su rotore di elicottero, considerando la differente geometria e dimensioni. Sono state analizzate diverse modi di applicare la TLDV:
·TSLDV: tecnica che permette di effettuare l'analisi modale del rotore per mezzo della scansione discreta della superficie di ogni pala mentre è in movimento;
·Order Tracking: questa tecnica, applicata in associazione con TLDV, permette di studiare le variazioni delle frequenze di risonanza e le instabilità della struttura durante i transitori di Run-up e Fall-down, inseguendo sempre lo stesso punto sulla pala. Inoltre con questa tecnica è possibile correlare il comportamento statico e dinamico del rotore validando i diagrammi di Campbell ottenuti medianti simulazioni numeriche.
·Tracking-Continuos Scanning Laser Doppler Vibrometry (T-CSLDV): con questa tecnica la scansione di ogni pala in rotazione viene effettuata in maniera continua, incrementando la velocità di scansione e la risoluzione spaziale . Di questa tecnica ci sono due diverse varianti:
·la prima è basata sulla ricostruzione polinomiale dell'ODS (Operational Deflection Shape) estraendo i coefficienti del polinomio dalla FFT del segnale acquisito;
·la seconda, mai applicata ad oggetti rotanti, permette di suddividere il segnale acquisito in un set di pseudo-FFT , ognuna derivante da un punto attraversato dal raggio laser;
TSLDV e Order Tracking sono state testate in laboratorio su un simulacro di elica e poi applicate su un modello di rotore di Agusta Westland, costruito in similitudine aerodinamica, durante una campagna di misure effettuate nella galleria del vento del Politecnico di Milano.
La ricerca sul CSLDV é stata svolta durante una internship presso l'University of Wisconsin-Madison, USA. Durante questo periodo é stato ricostruito e messo a punto per l'applicazione specifica il vibrometro tracking. Inizialmente é stata affinata la tecnica di misura, in condizioni statiche, per percorsi di scansione complessi sulle pale del rotore arrivando fino alla misura dei modi di vibrare dell'intero rotore con un'unica scansione. In seguito la tecnica é stata applicata con la caratteristica tracking del vibrometro confrontando i risultati con quelli ottenuti con una misura step scan classica, mostrando un ottima capacità di identificazione dei modi di vibrare del rotore.
