Aviones no-tripulados inspirados en el vuelo natural con alas que mutan: Aspectos Aerodinámicos

MARCOS L. VERSTRAETE; LUIS R. CEBALLOS; SERGIO PREIDIKMAN

Tandil, Argentina

Congreso; ENIEF 2009 - XVIII Congreso sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones; 2009

AMCA - Asociación Argentina de Mecánica Computacional

En este trabajo se presenta el desarrollo de una herramienta numérica que simula el comportamiento aerodinámico no-lineal e inestacionario de vehículos aéreos no tripulados (UAVs) inspirados en el vuelo natural con alas que cambian de forma (morphing-wings). Para simular numéricamente estos tipos de UAVs se utilizan: (i) un modelo aerodinámico que permita predecir el campo de movimiento del fluido alrededor de la estructura del ala que muta dinámicamente, y las cargas aerodinámicas actuantes sobre esta estructura; (ii) modelos cinemáticos para alas de vehículos aéreos no-tripulados inspirados en el vuelo natural con alas que cambian de forma dinámicamente; y (iii) un método que permite combinar estos dos modelos. La idea fundamental consiste en tratar el flujo de aire y la estructura del ala del UAV como elementos de un único sistema dinámico; e integrar numéricamente, en forma simultánea e iterativa en el dominio del tiempo todas las ecuaciones gobernantes. Para obtener las cargas aerodinámicas se utiliza una técnica conocida como método de red de vórtices no-lineal e inestacionario (NULMV), el cual permite tener en cuenta todas las posibles interferencias aerodinámicas. La herramienta desarrollada permite, en un mismo entorno, generar la geometría de la planta alar y una malla adecuada para implementar el modelo aerodinámico, describir la cinemática del ala, realizar simulaciones numéricas del comportamiento aerodinámico de alas que mutan dinámicamente, y visualizar los resultados provenientes de estas simulaciones. Este trabajo es el inicio de un propósito mucho mayor cuya finalidad es desarrollar herramientas numéricas para comprender los fenómenos aeroelásticos que se presentan en los vehículos aéreos no-tripulados con alas que cambian de forma.morphing-wings). Para simular numéricamente estos tipos de UAVs se utilizan: (i) un modelo aerodinámico que permita predecir el campo de movimiento del fluido alrededor de la estructura del ala que muta dinámicamente, y las cargas aerodinámicas actuantes sobre esta estructura; (ii) modelos cinemáticos para alas de vehículos aéreos no-tripulados inspirados en el vuelo natural con alas que cambian de forma dinámicamente; y (iii) un método que permite combinar estos dos modelos. La idea fundamental consiste en tratar el flujo de aire y la estructura del ala del UAV como elementos de un único sistema dinámico; e integrar numéricamente, en forma simultánea e iterativa en el dominio del tiempo todas las ecuaciones gobernantes. Para obtener las cargas aerodinámicas se utiliza una técnica conocida como método de red de vórtices no-lineal e inestacionario (NULMV), el cual permite tener en cuenta todas las posibles interferencias aerodinámicas. La herramienta desarrollada permite, en un mismo entorno, generar la geometría de la planta alar y una malla adecuada para implementar el modelo aerodinámico, describir la cinemática del ala, realizar simulaciones numéricas del comportamiento aerodinámico de alas que mutan dinámicamente, y visualizar los resultados provenientes de estas simulaciones. Este trabajo es el inicio de un propósito mucho mayor cuya finalidad es desarrollar herramientas numéricas para comprender los fenómenos aeroelásticos que se presentan en los vehículos aéreos no-tripulados con alas que cambian de forma.