Accionamiento mediante actuadores piezoeléctricos de alas flexibles para micro-vehículos aéreos súper maniobrables inspirados en la biología

SERGIO PREIDIKMAN; JULIO C. MASSA; MARÍA F. BANDI

Santa Fe, Argentina

Congreso; ENIEF 2006 - XV Congress on Numerical Methods and their Applications; 2006

Asociación Argentina de Mecánica Computacional

En este trabajo se desarrolla un modelo de ala flexible que permite imitar algunas deformaciones elásticas observadas en alas de insectos y aves pequeñas. Estas deformaciones son necesarias para inducir mecanismos aerodinámicos inestacionarios que les posibilitan maniobrar y volar. Con el modelo numérico desarrollado se puede analizar estática y dinámicamente el comportamiento flexional de una superficie alar (superficie sustentadora) cuya flexibilidad se concentra en una viga que va desde la raíz del ala hasta cubrir casi completamente la envergadura de la misma. Para inducir deformaciones elásticas en la viga asociada al ala, se distribuyen actuadores piezo-eléctricos del tipo PZT sobre las caras superior e inferior de la viga. Las deformaciones mecánicas se consiguen aplicando en los actuadores una diferencia de potencial variable en el tiempo. Las ecuaciones de movimiento y aquéllas que describen el acoplamiento electromecánico del conjunto viga-actuadores PZT son discretizadas mediante elementos finitos. La superficie alar se modela aerodinámicamente mediante un método de red de vórtices. El cambio de forma de la red de vórtices es descripto por el desplazamiento del conjunto de puntos nodales que definen la red. Como se muestra en otro trabajo de los mimos autores, estos desplazamientos se pueden obtener a partir de los desplazamientos y rotaciones de los nudos de la malla de elementos finitos utilizada para discretizar la viga. En este trabajo se presenta el desarrollo de un algoritmo numérico que permite integrar en el dominio del tiempo las ecuaciones de movimiento-acoplamiento electromecánico del sistema viga-actuadores. Este esfuerzo forma parte de un proyecto de mayor envergadura cuyo objetivo general es estudiar como integrar sistemas físicos, espacial y temporalmente distribuidos, con datos de la biología experimental y con computación de alta performance para lograr diseños innovadores de micro-vehículos aéreos súper-maniobrables, no tripulados, de alas batientes inspirados en la biología.PZT sobre las caras superior e inferior de la viga. Las deformaciones mecánicas se consiguen aplicando en los actuadores una diferencia de potencial variable en el tiempo. Las ecuaciones de movimiento y aquéllas que describen el acoplamiento electromecánico del conjunto viga-actuadores PZT son discretizadas mediante elementos finitos. La superficie alar se modela aerodinámicamente mediante un método de red de vórtices. El cambio de forma de la red de vórtices es descripto por el desplazamiento del conjunto de puntos nodales que definen la red. Como se muestra en otro trabajo de los mimos autores, estos desplazamientos se pueden obtener a partir de los desplazamientos y rotaciones de los nudos de la malla de elementos finitos utilizada para discretizar la viga. En este trabajo se presenta el desarrollo de un algoritmo numérico que permite integrar en el dominio del tiempo las ecuaciones de movimiento-acoplamiento electromecánico del sistema viga-actuadores. Este esfuerzo forma parte de un proyecto de mayor envergadura cuyo objetivo general es estudiar como integrar sistemas físicos, espacial y temporalmente distribuidos, con datos de la biología experimental y con computación de alta performance para lograr diseños innovadores de micro-vehículos aéreos súper-maniobrables, no tripulados, de alas batientes inspirados en la biología.