ESTUDIO AERODINÁMICO DE AVIONES CON ALAS QUE MUTAN - PARTE I: INFLUENCIA DEL DIEDRO Y DE LAS MUTACIONES DINÁMICAS

Abstract

En este trabajo se presenta el desarrollo de una herramienta de simulación numérica de alta fidelidad que permite investigar el comportamiento aerodinámico no-lineal y no-estacionario de vehículos aéreos inspirados en el vuelo natural con alas que cambian de forma (morphing-wings). El problema es atacado mediante la introducción de un modelo aerodinámico que permite predecir: (a) el campo de movimiento del fluido alrededor de la estructura del ala que muta dinámicamente, y (b) las cargas aerodinámicas actuantes sobre esta estructura; modelos cinemáticos para alas de vehículos aéreos con alas que cambian de forma dinámicamente; y un método que permita combinar estos dos modelos. La idea fundamental consiste en tratar el flujo de aire y la estructura del ala como elementos de un sistema dinámico unificado; e integrar numéricamente, en forma simultánea e interactiva en el dominio del tiempo todas las ecuaciones gobernantes. El modelo aerodinámico utilizado es tridimensional, no-lineal y no-estacionario. Se implementó una versión del método conocido como "unsteady vortexlattice" (UVLM), una generalización del "vortex-lattice method". Esta técnica tiene en cuenta las nolinealidades aerodinámicas asociadas con ángulos de ataque, deformaciones estáticas, flujos dominados por vorticidad y comportamiento no-estacionario. Las no-linealidades cinemáticas y aerodinámicas incluidas en el modelo permiten analizar movimientos del ala que incluyen grandes ángulos y grandes desplazamientos productos de la mutación. Mediante la utilización de la herramienta numérica desarrollada se analizó la influencia del ángulo de diedro sobre las características de sustentación y resistencia de un ala recta. Se realizaron además simulaciones que permiten estudiar el comportamiento aerodinámico del ala cuando los cambios de forma (mutaciones) se producen dinámicamente durante el desarrollo del vuelo.