Design of a fluid inerter for the control of rotor vibrations

Nel 2008, due articoli della rivista sportiva “Autosport” rivelarano dettagli di una nuova sospensione meccanica nota con il nome di "J-damper" che era entrata in Formula 1 e che aveva offerto in termini di prestazioni significativi aumenti di maneggevolezza e aderenza. Si trattava di un "inerter", la cui origine sta nel lavoro accademico su circuiti meccanici ed elettrici realizzati dal prof. M. C. Smith. Gli Inerter sono particolari dispositivi meccanici con la proprietà che la forza applicata ai punti fissi, detti terminali, è direttamente proporzionale all'accelerazione. Tale dispositivo ha offerto nuove possibilità per il “controllo meccanico passivo” in una varietà di applicazioni ed è tutt’ora impiegato in F1 e in altre parti del settore automotive ma potenzialmente potrebbe avere molte altre applicazioni. Nel caso dei rotori non vi sono al momento applicazioni, per cui risulta molto interessante capirne le potenzialità. Pertanto l'obiettivo di questa tesi, in parte svolta all'estero presso ISVR della University of Southampton, è stato studiare le performance e la stabilità, tramite modelli matematici e simulazioni numeriche, di un sistema con diverse configurazioni di “inerter”. In particolare, nella prima parte di questa tesi, sono state sviluppate le equazioni della dinamica dei rotori e nella seconda sono stati analizzati sistemi a diversi gradi di libertà e ricavate le frequenze naturali in funzione dell'inertanza. Infine si è realizzato un banco prova per testare il fluid inerter. In questa tesi si è dimostrata la validità delle equazioni della dinamica dei rotori ricavate nella prima parte del lavoro; si è inoltre dimostrato che anche nel caso dei rotori l'inerter abbassa le frequenze naturali del sistema. Infine i risultati sperimentali del Fluid Inerter, ottenuti a diversi valori di ampiezza e frequenza, hanno dimostrato che l'oggetto costruito si comporta effettivamente come un inerter.