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Mémoire

Analytical modelling and preliminary design of a small-scale experimental whirl flutter demonstrator Wind tunnel laboratory (Université de Liège)

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Di Puma, Léo ULiège
Promoteur(s) : Salles, Loïc ULiège
Date de soutenance : 29-jui-2026/30-jui-2026 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/26179
Détails
Titre : Analytical modelling and preliminary design of a small-scale experimental whirl flutter demonstrator Wind tunnel laboratory (Université de Liège)
Titre traduit : [fr] Modélisation analytique et conception préliminaire d’un démonstrateur expérimental de flottement gyroscopique à petite échelle
Auteur : Di Puma, Léo ULiège
Date de soutenance  : 29-jui-2026/30-jui-2026
Promoteur(s) : Salles, Loïc ULiège
Membre(s) du jury : Andrianne, Thomas ULiège
Verstraelen, Edouard ULiège
Raze, Ghislain ULiège
Langue : Anglais
Nombre de pages : 161
Mots-clés : [en] Whirl flutter
[en] Aeroelasticity
[en] Propeller-pylon system
[en] Experimental demonstrator
[en] Analytical modelling
Discipline(s) : Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie aérospatiale
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master en ingénieur civil en aérospatiale, à finalité spécialisée en "aerospace engineering"
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences appliquées

Résumé

[en] The whirl flutter phenomenon is one of the main concerns when designing aeroelastic structures
such as tiltrotor or pylon-propeller systems. First identified by Taylor and Browne in 1938,
whirl flutter is a self-excited dynamic aeroelastic instability. It is driven by the coupling between
the gyroscopic effects induced by the rotating propeller and the aerodynamic forces acting on
the propeller blades. Due to the gyroscopic coupling, two modes appear, namely the forward
and backward whirling modes. Depending on the configuration, their stability behaviour can
differ.
This work aims to design a small-scale whirl flutter demonstrator in order to support the
validation of a finite element-based numerical method for whirl flutter prediction, currently
under development at the University of Liège. In particular, the present work investigates
the whirl flutter behaviour of two configurations that differ by their source of flexibility. The
first one considers a flexible pylon, while the second one considers a rigid pylon with linear
traction springs. The results are obtained using an analytical method, which relies on several
assumptions and uses a quasi-steady aerodynamic approach.
For both configurations, the results are obtained for the APC 15.75x13-3 propeller, with a
rotational speed of 2000 rpm and free-stream velocities ranging from 7 m/s to 13 m/s. They
show that only the backward whirling mode leads to whirl flutter, while the forward mode
remains stable. Both configurations are compared, and the spring-based one appears to be
more convenient from an experimental point of view, since the flexible pylon exhibits significant
static tip deflection and rotation.
Finally, experimental procedures for the flexible pylon configuration are presented, and all the
components are described in detail. The motor-pylon connection is designed, while the motor
propeller link is also discussed. Additionally, the propeller rotational speed control is described
through the use of a pulse-width modulation device.


Fichier(s)

Document(s)

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Access Master_Thesis_DI_PUMA_Leo.pdf
Description:
Taille: 13.67 MB
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Annexe(s)

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Description:
Taille: 212.44 kB
Format: Adobe PDF

Auteur

  • Di Puma, Léo ULiège Université de Liège > Master ing. civ. aéro., fin. spéc. aer. eng.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury

  • Andrianne, Thomas ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Aéroélasticité et Aérodynamique expérimentale
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Verstraelen, Edouard ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Aérodynamique expérimentale
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Raze, Ghislain ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Laboratoire de structures et systèmes spatiaux
    ORBi Voir ses publications sur ORBi








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