Caracterización de una Membrana de Vela Solar para Simulaciones Basadas en Abaqus
Autores: Boni, Luisa; Bassetto, Marco; Quarta, Alessandro A.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Caracterización de una Membrana de Vela Solar para Simulaciones Basadas en Abaqus
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Fotónica
Velas solares
Sistemas de propulsión
Método de elementos finitos
Abaqus
Diseño estructural
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
Las velas solares fotónicas son una clase de sistemas de propulsión avanzados sin propulsor que utilizan membranas delgadas, grandes y ligeras para convertir el momento de la luz del Sol en empuje para la navegación espacial. Sin embargo, la naturaleza conceptualmente simple de un sistema de propulsión tan fascinante requiere avances en materiales, empaquetado, despliegue y control de una estructura espacial muy grande. En este contexto, el método de elementos finitos (FEM), implementado en un software robusto y flexible como el software comercial Abaqus, representa un instrumento fundamental para avanzar en el estudio práctico de este prometedor concepto de sistema de propulsión. En particular, en un proceso típico de diseño de vela solar cuadrada (de tamaño mediano), se utilizan análisis basados en FEM para comprender mejor aspectos fundamentales del diseño estructural, como, por ejemplo, la pretensado de la membrana, las deformaciones inducidas por la presión de radiación solar (SRP) y el pandeo de los refuerzos. El objetivo de este estudio es describir un procedimiento efectivo para modelar una estructura clásica de vela solar cuadrada en un software comercial típico para análisis de elementos finitos, como la conocida suite Abaqus. En particular, comparamos varias técnicas de pretensado de membranas (útiles para aumentar la rigidez a la flexión de la membrana) y describimos posibles enfoques para aplicar la carga inducida por SRP de manera realista. Además, se tiene en cuenta la flexibilidad de la estructura bajo las cargas de la vela solar y la criticidad de la forma de la sección y el tamaño de los refuerzos, con especial atención al problema de la inestabilidad estructural. En este contexto, se discuten y comparan el rendimiento y los problemas críticos de diferentes soluciones estructurales, lo que permite obtener una mejora en la fase de diseño preliminar de las velas solares.
Descripción
Las velas solares fotónicas son una clase de sistemas de propulsión avanzados sin propulsor que utilizan membranas delgadas, grandes y ligeras para convertir el momento de la luz del Sol en empuje para la navegación espacial. Sin embargo, la naturaleza conceptualmente simple de un sistema de propulsión tan fascinante requiere avances en materiales, empaquetado, despliegue y control de una estructura espacial muy grande. En este contexto, el método de elementos finitos (FEM), implementado en un software robusto y flexible como el software comercial Abaqus, representa un instrumento fundamental para avanzar en el estudio práctico de este prometedor concepto de sistema de propulsión. En particular, en un proceso típico de diseño de vela solar cuadrada (de tamaño mediano), se utilizan análisis basados en FEM para comprender mejor aspectos fundamentales del diseño estructural, como, por ejemplo, la pretensado de la membrana, las deformaciones inducidas por la presión de radiación solar (SRP) y el pandeo de los refuerzos. El objetivo de este estudio es describir un procedimiento efectivo para modelar una estructura clásica de vela solar cuadrada en un software comercial típico para análisis de elementos finitos, como la conocida suite Abaqus. En particular, comparamos varias técnicas de pretensado de membranas (útiles para aumentar la rigidez a la flexión de la membrana) y describimos posibles enfoques para aplicar la carga inducida por SRP de manera realista. Además, se tiene en cuenta la flexibilidad de la estructura bajo las cargas de la vela solar y la criticidad de la forma de la sección y el tamaño de los refuerzos, con especial atención al problema de la inestabilidad estructural. En este contexto, se discuten y comparan el rendimiento y los problemas críticos de diferentes soluciones estructurales, lo que permite obtener una mejora en la fase de diseño preliminar de las velas solares.