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Análisis Aerodinámico de un Aeronave de Transporte Supersónico en Condiciones de Flujo a Baja y Alta Velocidad

Autores: Aprovitola, Andrea; Dyblenko, Oleksandr; Pezzella, Giuseppe; Viviani, Antonio

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Análisis Aerodinámico de un Aeronave de Transporte Supersónico en Condiciones de Flujo a Baja y Alta Velocidad


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Nivel de preparación tecnológica
Vuelo supersónico
Diseño aerodinámico
Dinámica de Fluidos Computacional
Centro aerodinámico
Aerodiseño similar al Concorde

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 17

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La reciente mejora del nivel de preparación tecnológica en aeronáutica y la renovada demanda de transporte más rápido están impulsando el renacimiento del vuelo supersónico para la aviación comercial. Sin embargo, el diseño de una futura aeronave supersónica sigue siendo muy desafiante debido a la complejidad de varios problemas, como el rendimiento de estabilidad estática durante la fase de aceleración de velocidades subsónicas a supersónicas. Además, el interés de la comunidad científica en plataformas numéricas de código abierto como una herramienta válida para un diseño aerodinámico confiable y asequible está creciendo considerablemente. En este marco, el presente trabajo aborda el rendimiento aerodinámico de una forma aerodinámica similar a la del Concorde, desarrollada dentro del diseño preliminar de una aeronave de transporte civil de alta velocidad. Se investigaron en detalle varias condiciones de vuelo, que van desde velocidades subsónicas hasta supersónicas, utilizando Dinámica de Fluidos Computacional. Los coeficientes de fuerza y momento aerodinámicos se calcularon con simulaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds completamente tridimensionales y en estado estacionario, realizadas en condiciones de flujo turbulento. Se detalla el efecto de la variación del número de Mach en el desplazamiento del centro aerodinámico de la aeronave, centrándose en la estabilidad estática de cabeceo de la aeronave. Se realizaron simulaciones numéricas del campo de flujo con herramientas comerciales (Ansys-Fluent) y código de código abierto (SU2), que también se utiliza ampliamente en procedimientos de diseño multidisciplinarios, para realizar comparaciones adicionales. Se presta especial atención al desplazamiento del centro aerodinámico de la forma aerodinámica para verificar que el diseño del ala proporcionado permite que el margen estático de la aeronave esté dentro del 5% de la longitud de referencia, tanto en condiciones de vuelo a baja velocidad como a alta velocidad. Las posiciones calculadas del centro aerodinámico están en acuerdo con las distribuciones de presión en la superficie de la forma aerodinámica y confirmaron los resultados de la literatura disponibles para la aeronave Concorde. Por lo tanto, con vistas a futuras campañas de simulación para aeronaves de transporte supersónico, el presente trabajo tiene como objetivo cerrar la brecha entre las experiencias previas de diseño aerodinámico, por ejemplo, maduradas en el Concorde, y aquellas realizadas con herramientas modernas de CFD en aeronaves a escala completa, y en escalas de tiempo compatibles con la práctica de diseño conceptual. Finalmente, dado que la diferencia entre los coeficientes aerodinámicos calculados se refleja principalmente en el cálculo de arrastre realizado con SU2, también se presta especial atención al efecto de difusión numérica del solucionador y se compara con una herramienta de CFD comercial certificada. Esto añade una contribución única adicional a la comunidad de SU2 para aplicaciones en aeronáutica.

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