Relaciones cinemáticas entre el modelo estructural y el modelo aerodinámico del ala flexible de un micro-vehículo aéreo de alas batientes

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

Santa Fe, Argentina

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

AMCA - Asociación Argentina de Mecánica Computacional

Para estudiar la dinámica del vuelo de micro-vehículos aéreos súper-maniobrables de alas batientes inspirados en la biología, se utiliza un modelo conformado por dos cuerpos rígidos interconectados y por dos alas flexibles acopladas elástica e inercialmente con la dinámica de grandes desplazamientos y grandes rotaciones del conjunto multi-cuerpo. Para poder imitar las deformaciones elásticas características de las alas de insectos y aves pequeñas se utiliza un modelo de ala flexible. La superficie alar se modela aerodinámicamente como una sábana vorticosa y estructuralmente mediante el uso de un modelo de viga con actuadores piezoeléctricos. La discretización espacial de la sábana vorticosa (red de vórtices) depende de consideraciones puramente aerodinámicas y es independiente de la discretización de la viga (malla de elementos finitos) que obedece únicamente a consideraciones del cálculo estructural. En este trabajo se desarrolla una técnica general de interpolación que permite relacionar los desplazamientos de los puntos nodales que definen la red de vórtices asociada a la superficie sustentadora flexible (modelo aerodinámico) con los desplazamientos de los nudos de la malla del modelo de elementos finitos (modelo estructural). Las técnicas presentadas en este trabajo amplían y complementan el modelo numérico desarrollado en un trabajo anterior de los mismos autores, para el análisis estático y dinámico del comportamiento flexional de una viga accionada mediante actuadores piezo-eléctricos del tipo PZT, posibilitando la conexión entre el modelo de viga con actuadores y el modelo aerodinámico de la superficie sustentadora. Además, le agregan capacidades gráficas que permiten modificar ?on-line? el tipo de excitación aplicada a los actuadores, como así también su distribución a lo largo de la viga. Todo esto con el fin de obtener la deformación del ala que se desee y también de producir películas que muestran la evolución temporal de la deformación de la superficie sustentadora. El presente trabajo forma parte de un proyecto de mayor envergadura que se está llevando a cabo en forma conjunta con la Universidad de Maryland en College Park, USA.