Studies of aerodynamically induced vibrations on the P-3Cmaritime surveillance aircraft and proposed vibration reducing measures

Etter installasjon av en ny radom på P-3C maritimt overvåkningsfly forekommer vibrasjoner under flyvning som ikke var der tidligere. Vibrasjonene er spesielt merkbare ved høye “air speeds”. Opphavet til vibrasjonene er bekreftet å være stokastiske og tildels oscillerende aerodynamiske krefter forårsaket av radomen som virker på bakkroppen på flyet. Vibrasjonene er ubehagelige for bemanningen og det er risiko for at sprekker og tretthetsskader vil opptre i flyets bærende strukturer.

For å kunne redusere vibrasjonene til et sikkert og komfortabelt nivå må vi forstå grunnen til at de opptrer. FFI har ved flere anledninger blitt engasjert i dette problemkomplekset gjennom vibrasjonsmålinger under flyvning, gjennom design av aerodynamiske motmidler som vi kaller “fairings” og ved å utføre (CFD - computational fluid dynamics) simuleringer for å studere topologi og konsekvenser av den sterkt turbulente luftstrømmen nedstrøms i forhold til radomen og kreftene som virker på flyets bakkropp. Radomen er formet som en halvkule festet på en sylinder med samme radius som kula. Radomen stikker ut av skroget og påvirker luftstrømmen bakover. En hesteskovirvel og et massivt turbulent kjølvann dannes. Både CFD analyse, vindtunnel-eksperimenter og vibrasjonsmålinger under flyvning har blitt benyttet til å identifisere årsaken til problemet.

Sommeren 2012 ble 15 akselerometere montert på spesielt uvalgte punkter på flyet. Tre testflyvninger ble gjennomført. En med radomen fjernet fra flyet som vi kaller “clean aircraft”, en med radomen og en med radom og “fairing”. Vi har designet flere “fairinger” formet som en kile med avrunding og et par virvelgeneratorer. Formålet har vært å endre luftstrømmen i radomkjølvannet slik at påvirkningen på flyet blir svakere. Vi har forsøkt å svekke hesteskovirvelen og turbulensintensiteten i kjølvannet samtidig som vi har forsøkt å trekke virvlene ut fra flyskroget. CFD-simuleringene har indikert at effekten av fairingen er som forventet og at fotavtrykket av kjølvannet mot flyskroget er svakere og smalere enn for radom uten fairing. Dette reduserer de aerodynamiske kreftene som påvirker skroget. 0.2 Resultater Vibrasjonene var sterkest i flyvningsregimet med høy hastighet, og vibrasjonene økte med avstand fra tyngdepunktet (CG), dvs. de sterkeste vibrasjonene ble registrert bakerst i bommen. Det er alltid vibrasjoner i et fly. Sommerens testkampanje viste at det laveste nivået på vibrasjoner ble observert for “clean aircraft”.

De sterkeste vibrasjonene ble observert med radom uten fairing. Effekten av fairingen var som forventet. Vibrasjonene ble redusert under nesten alle flyforhold sammenlignet med radome uten fairing. Fairingen genererer motroterende virvler som demper virvler og kjølvann forårsaket av radomen. Virvelgeneratoren som vi har testet har en moderat virkning. En mer aktiv virvelgenerator kan potensielt redusere vibrasjonene ytterligere.