Estudio numérico sobre la acumulación de partículas y su impacto en el rendimiento de los perfiles aerodinámicos de aeronaves de rotor en Marte
Autores: Giacomini, Enrico; Westerberg, Lars-Göran
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Estudio numérico sobre la acumulación de partículas y su impacto en el rendimiento de los perfiles aerodinámicos de aeronaves de rotor en Marte
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Exploración de Marte
Desafíos aerodinámicos
Acumulación de polvo
Simulaciones computacionales
Rendimiento de perfiles alares
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) han surgido como herramientas prácticas y potencialmente ventajosas para la investigación científica y el reconocimiento de superficies planetarias, como Marte. Su capacidad para atravesar terrenos difíciles y proporcionar imágenes de alta resolución ha revolucionado el concepto de exploración. Sin embargo, operar drones en el entorno marciano presenta desafíos fundamentales debido a las duras condiciones y la atmósfera diferente. Los desafíos aerodinámicos incluyen flujos de bajo número de Reynolds basado en la cuerda y la presencia de partículas de polvo, que pueden acumularse en la superficie del perfil alar. Este artículo investiga la acumulación de polvo en placas con curvatura del 6% y del 1%, adecuadas para el tipo de flujo estudiado. El análisis se realiza para números de Reynolds de alrededor de 20,000 como resultado de restricciones dimensionales, asumiendo una velocidad del viento que varía entre 12 y 14 m/s. Se realizan simulaciones computacionales utilizando una malla tipo C en 2D en ANSYS Fluent, empleando el modelo de turbulencia -Re SST. La modelización de partículas de polvo se logra a través del Modelo de Fase Discreta (DPM), con acoplamiento unidireccional entre fases. La acumulación de partículas se monitorea durante un período de 6 meses con intervalos mensuales, y el perfil alar se establece en un ángulo de ataque de 0 grados. Un modelo de deposición, desarrollado utilizando funciones definidas por el usuario en Fluent, considera la interacción partícula-perfil alar y las fuerzas que actúan sobre las partículas. Los resultados indican una disminución en el rendimiento del perfil alar para ángulos de ataque negativos debido a cambios geométricos, particularmente por la acumulación en el lado inferior cerca de la punta. La discusión incluye posibles mejoras del modelo y direcciones futuras de investigación que surgen de las suposiciones realizadas en este estudio.
Descripción
Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) han surgido como herramientas prácticas y potencialmente ventajosas para la investigación científica y el reconocimiento de superficies planetarias, como Marte. Su capacidad para atravesar terrenos difíciles y proporcionar imágenes de alta resolución ha revolucionado el concepto de exploración. Sin embargo, operar drones en el entorno marciano presenta desafíos fundamentales debido a las duras condiciones y la atmósfera diferente. Los desafíos aerodinámicos incluyen flujos de bajo número de Reynolds basado en la cuerda y la presencia de partículas de polvo, que pueden acumularse en la superficie del perfil alar. Este artículo investiga la acumulación de polvo en placas con curvatura del 6% y del 1%, adecuadas para el tipo de flujo estudiado. El análisis se realiza para números de Reynolds de alrededor de 20,000 como resultado de restricciones dimensionales, asumiendo una velocidad del viento que varía entre 12 y 14 m/s. Se realizan simulaciones computacionales utilizando una malla tipo C en 2D en ANSYS Fluent, empleando el modelo de turbulencia -Re SST. La modelización de partículas de polvo se logra a través del Modelo de Fase Discreta (DPM), con acoplamiento unidireccional entre fases. La acumulación de partículas se monitorea durante un período de 6 meses con intervalos mensuales, y el perfil alar se establece en un ángulo de ataque de 0 grados. Un modelo de deposición, desarrollado utilizando funciones definidas por el usuario en Fluent, considera la interacción partícula-perfil alar y las fuerzas que actúan sobre las partículas. Los resultados indican una disminución en el rendimiento del perfil alar para ángulos de ataque negativos debido a cambios geométricos, particularmente por la acumulación en el lado inferior cerca de la punta. La discusión incluye posibles mejoras del modelo y direcciones futuras de investigación que surgen de las suposiciones realizadas en este estudio.