Investigation of stability of aeroleastic systems excited by multiplicative noise - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2005

Investigation of stability of aeroleastic systems excited by multiplicative noise

Etude de la stabilité de systèmes aéroélastiques en présence d'excitations aléatoires multiplicatives

Irmela Zentner
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Abstract

This research deals with the prediction of flutter instabilities which play a major role in the design and certification of civil aircraft. This kind of instability is due the aeroelastic coupling and is generated by efforts which are induced by the displacement of the structure within the fluid. We consider here the impact of atmospheric turbulence which also provides a contribution to the aerodynamic forces. In this thesis, turbulence is modeled by a stationary stochastic process introducing a multiplicative excitation into the aeroelastic coupled system. It is then necessary to develop methodologies capable to indicate stability of aircraft when multiplicative random noise is present. We will, indeed, study stability in the framework of random dynamical systems and more precisely by means of the Lyapunov exponents which give the exponential growth rate of the system. They thus generalize the notion of the real part of an eigçnvalue. Despite the development of reduced order models, the coupled systems are still rather complex and of high dimension. This is why we determine the largest Lyapunov exponent by numerical simulation. However, stability is also very sensible to the presence of structural nonlinearities as for example freeplay. We propose a method using on the one hand a dynamic substructuring method allowing to isolate the non regular parts which are due to freeplay and on the other hand a formulation by means of differential inclusions.
Cette recherche s'inscrit dans le cadre de la prévision des instabilités de flottement qui joue un rôle majeur dans la conception et la certification des avions civils. Les instabilités sont liées au couplage aéroélastique qui est dû aux efforts induits générés par les mouvements de la structure au sein de l'écoulement. On considère dans ce travail plus particulièrement l'influence de la turbulence atmosphérique qui apporte, elle aussi, une contribution aux forces aérodynamiques. Dans ce but, la turbulence est modélisée par un processus stochastique introduisant une excitation multiplicative dans le système aéroélastique. Il est alors nécessaire de développer des méthodologies permettant l'étude de la stabilité des aéronefs en présence d'un bruit aléatoire multiplicatif. On propose d'étudier la stabilité dans le cadre général des systèmes dynamiques aléatoires et plus précisément à l'aide des exposants de Lyapunov qui donnent les taux de (dé-)croissance des trajectoires. Ces derniers généralisent ainsi la notion de partie réelle des valeurs propres. Malgré le développement de modèles réduits, les systèmes couplés aéroélastïques restent relativement complexes et de dimension élevée. On opte alors pour un calcul du plus grand exposant de Lyapunov par des méthodes numériques. Néanmoins, la stabilité des systèmes aéroélastiques est également très sensible à la présence de non-linéarités structurales concentrées, comme un jeu dans la liaison aile-gouverne. On pro pose alors une méthode qui a recours d'une part à la formulation du problème par inclusions différentielles et d'autre part à une technique de sous-structuration permettant d'isoler les parties non régulières introduites par le jeu.
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Dates and versions

pastel-00001519 , version 1 (22-12-2005)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00001519 , version 1

Cite

Irmela Zentner. Investigation of stability of aeroleastic systems excited by multiplicative noise. Engineering Sciences [physics]. Ecole des Ponts ParisTech, 2005. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00001519⟩
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