Una revisión de los diferentes modelos estructurales para alas batientes de micro-vehículos aéreos

M. A. GIORDANO; SERGIO PREIDIKMAN; JULIO C. MASSA

Buenos Aires, Argentina

Congreso; MECOM 2010 - IX Argentinian Congress on Computational Mechanics, II South American Congress on Computational Mechanics, CILAMCE 2010 ? XXXI Iberian-Latin-American Congress on Computational Methods in Engineering; 2010

AMCA - Asociacion Argentina de Mecanica Computacional

El objetivo principal de este artículo es presentar una revisión de los distintos modelos estructurales que han sido usados para representar el comportamiento de las alas batientes de micro- vehículos aéreos (MAVs). En la primera parte del trabajo, se presenta información general acerca del estado del arte de los MAVs. Si bien existen diversos tipos de MAVs, este artículo se basa en los modelos de alas que pueden ser aplicados en MAVs de alas batientes. Durante las últimas dos décadas, el desarrollo de estos MAVs ha atraído el interés de científicos de distintas áreas debido a sus interesantes aplicaciones tanto civiles como militares. El diseño de estos MAVs está inspirado en insectos y aves pequeñas ya que estas criaturas desarrollan extraordinarias capacidades de vuelo. Las pequeñas  longitudes  características  que  caracterizan  a  estos  vehículos  junto  con  el  movimiento batiente  de  sus  alas  dan  lugar  a  flujos  de  bajo  número  de  Reynolds  y  consecuentemente  los mecanismos de vuelo difieren mucho respecto a los presentes en la teoría aerodinámica clásica. Una práctica habitual para poder establecer criterios en cuanto a la importancia relativa de los fenómenos que intervienen durante el vuelo de los insectos, es realizar simulaciones numéricas. Con el fin de que éstas sean de utilidad en el diseño de MAVs deben representar la realidad física de una manera fiel y, necesariamente incluir, la interacción que ocurre entre los fenómenos aerodinámicos y el comportamiento estructural de las alas. De hecho, en estas interacciones se encuentra la explicación a algunos de los mecanismos especiales de generación de sustentación que tienen lugar en el vuelo de algunos insectos y otras criaturas voladoras. Los modelos estructurales para alas de insectos, que han sido documentados en la literatura especializada, van desde simples modelos físicos hasta complejas formulaciones numéricas; en el medio se encuentran simples aproximaciones basadas en aproximaciones  analíticas.  En  los  simples  modelos  físicos,  como  en  los  analíticos,  se  pierde generalidad debido a que se limitan exclusivamente a las geometrías sencillas para los que fueron especialmente desarrollados. Entre las técnicas numéricas, el método de elementos finitos es el más utilizado para resolver este tipo de problemas dado que permite incluir en su formulación geometrías complejas,  variaciones  espaciales  de  las  propiedades,  comportamiento  no-lineal  y  control  de  la dinámica de la estructura. En esta revisión se presentan algunos modelos pertenecientes a los diversos enfoques mencionados anteriormente junto con sus limitaciones y las hipótesis asumidas para su formulación.