Estudio Comparativo de la Aerodinámica de Palas de Tiltrotor con Inclinación Suave y Rígida en Vuelo de Conversión, Utilizando un Enfoque de Acoplamiento CFD-CSD
Autores: Hu, Zhiyuan; Yu, Peng; Xu, Guohua; Shi, Yongjie; Gu, Feng; Zou, Aijun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Estudio Comparativo de la Aerodinámica de Palas de Tiltrotor con Inclinación Suave y Rígida en Vuelo de Conversión, Utilizando un Enfoque de Acoplamiento CFD-CSD
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Tiltrotor
Diseño de palas
Aerodinámica
Vuelo de conversión
Dinámica de fluidos computacional
Dinámica estructural
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
Los tiltrotors permiten que las aeronaves operen verticalmente con sustentación, pero se convierten en un vuelo hacia adelante ordinario con empuje. El desafío es diseñar una pala de tiltrotor que produzca la máxima sustentación y empuje, que se convierta suavemente sin perder integridad ni eficiencia. Los dos tipos de palas, blandas en el plano y rígidas en el plano, la designación depende del valor de la frecuencia natural de retardo de la pala, exhiben diferentes respuestas estructurales bajo las mismas condiciones de vuelo, afectando de manera diferente la aerodinámica de las palas, especialmente en el complejo entorno aerodinámico del vuelo de conversión donde las diferencias aerodinámicas son significativas. Esta fase del vuelo no está profundamente investigada, ni se utiliza mucho el método de acoplamiento analítico. Para estudiar la influencia del tipo de pala en la aerodinámica durante la conversión, se establecen modelos adecuados para la simulación del vuelo de conversión para la aplicación de métodos acoplados de dinámica de fluidos computacional y dinámica estructural computacional (CFD-CSD). Cada método se implementa con técnicas bien aceptadas (las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas en el tiempo no estacionario (URANS), la técnica de ensamblaje inverso superpuesto (ROAT) y el modelo de viga de Timoshenko). Para mejorar la eficiencia de resolución, se utiliza una estrategia de acoplamiento suelto en la construcción del modelo acoplado bidireccional. Se utiliza el tiltrotor XV-15 para la verificación. La simulación aeroelástica de palas blandas en el plano y rígidas en el plano en vuelo de conversión indica un papel impactante en las formas modales, con una diferencia significativa en las formas modales de aleta tercera para el rotor XV-15. Sin embargo, el efecto en el rendimiento aerodinámico es relativamente pequeño. En la primera mitad de la conversión de vuelo, el empuje de las palas rígidas en el plano es mayor que el de las palas blandas en el plano, pero en la última mitad, la influencia de las características estructurales en el rendimiento aerodinámico es negligible y el empuje de las palas tiende a ser igual.
Descripción
Los tiltrotors permiten que las aeronaves operen verticalmente con sustentación, pero se convierten en un vuelo hacia adelante ordinario con empuje. El desafío es diseñar una pala de tiltrotor que produzca la máxima sustentación y empuje, que se convierta suavemente sin perder integridad ni eficiencia. Los dos tipos de palas, blandas en el plano y rígidas en el plano, la designación depende del valor de la frecuencia natural de retardo de la pala, exhiben diferentes respuestas estructurales bajo las mismas condiciones de vuelo, afectando de manera diferente la aerodinámica de las palas, especialmente en el complejo entorno aerodinámico del vuelo de conversión donde las diferencias aerodinámicas son significativas. Esta fase del vuelo no está profundamente investigada, ni se utiliza mucho el método de acoplamiento analítico. Para estudiar la influencia del tipo de pala en la aerodinámica durante la conversión, se establecen modelos adecuados para la simulación del vuelo de conversión para la aplicación de métodos acoplados de dinámica de fluidos computacional y dinámica estructural computacional (CFD-CSD). Cada método se implementa con técnicas bien aceptadas (las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas en el tiempo no estacionario (URANS), la técnica de ensamblaje inverso superpuesto (ROAT) y el modelo de viga de Timoshenko). Para mejorar la eficiencia de resolución, se utiliza una estrategia de acoplamiento suelto en la construcción del modelo acoplado bidireccional. Se utiliza el tiltrotor XV-15 para la verificación. La simulación aeroelástica de palas blandas en el plano y rígidas en el plano en vuelo de conversión indica un papel impactante en las formas modales, con una diferencia significativa en las formas modales de aleta tercera para el rotor XV-15. Sin embargo, el efecto en el rendimiento aerodinámico es relativamente pequeño. En la primera mitad de la conversión de vuelo, el empuje de las palas rígidas en el plano es mayor que el de las palas blandas en el plano, pero en la última mitad, la influencia de las características estructurales en el rendimiento aerodinámico es negligible y el empuje de las palas tiende a ser igual.