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Prediction of freeplay-induced aeroelastic limit cycle oscillations using the Loewner framework

Quero, David und Kaiser, Christoph und Matas Ruiz, Diana und Motta, Valentina (2026) Prediction of freeplay-induced aeroelastic limit cycle oscillations using the Loewner framework. International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics, IFASD 2026, 2026-06-16 - 2026-06-19, Göttingen, Deutschland.

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710kB

Kurzfassung

Abstract Freeplay in control-surface mechanisms can generate finite-amplitude limit cycle oscillations (LCOs) that are not captured by linear aeroelastic stability analysis. This paper investigates an efficient reduced-order approach for predicting such responses using frequency-domain aerodynamic data. Unsteady aerodynamic forces are represented in state-space form by means of the Loewner framework and coupled with a three-degree-of-freedom typical-section model including heave, pitch and control-surface rotation. The freeplay nonlinearity is introduced in the control-surface hinge. The formulation is applicable to aerodynamic data from different fidelity levels, including incompressible two-dimensional potential flow, the doublet-lattice method (DLM) and linearized frequency-domain (LFD) Reynolds-averaged Navier-Stokes solutions. The resulting nonlinear aeroelastic system is solved by time-domain integration and harmonic balance. A describing-function extension of the p-L flutter method is used to provide amplitude-dependent initial guesses for the harmonic-balance solver. The method is applied to a scaled typical section representative of a transport-aircraft airfoil. In incompressible flow, time-domain and harmonic-balance solutions are compared. In the transonic regime, DLM- and LFD-based Loewner models are shown to yield different LCO predictions. For the small freeplay gap considered, the LFD-Loewner state-space model reproduces the high-fidelity computational-fluid-dynamics/computational-structural-mechanics (CFD-CSM) response, demonstrating its potential for efficient small-amplitude freeplay-induced LCO prediction.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226747/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Prediction of freeplay-induced aeroelastic limit cycle oscillations using the Loewner framework
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Quero, DavidDavid.QueroMartin (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kaiser, ChristophChristoph.Kaiser (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9156-8352NICHT SPEZIFIZIERT
Matas Ruiz, Dianadiana.matasruiz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Motta, ValentinaAirbus Defence and Space GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2026
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Freeplay, limit cycle oscillations, nonlinear aeroelasticity, Loewner realization, LFD aerodynamics, harmonic balance, transonic aeroelasticity
Veranstaltungstitel:International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics, IFASD 2026
Veranstaltungsort:Göttingen, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:16 Juni 2026
Veranstaltungsende:19 Juni 2026
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Flugzeug und Validierung
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aeroelastik > Aeroelastische Simulation
Hinterlegt von: Quero-Martin, David
Hinterlegt am:16 Sep 2026 14:46
Letzte Änderung:16 Sep 2026 14:46

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