Comparación de rendimiento entre la curvatura optimizada y la envergadura para un ala morfante
Autores: Beaverstock, Christopher Simon; Woods, Benjamin King Sutton; Fincham, James Henry Sun-Ming; Friswell, Michael Ian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2015
Acceso abierto
Artículo científico
2015
Comparación de rendimiento entre la curvatura optimizada y la envergadura para un ala morfante
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Tecnología
Ala
Deformación
Eficiencia
Envergadura
Curvatura
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
La tecnología de morphing ofrece una estrategia para modificar la geometría del ala, y los parámetros del plano del ala y de la sección transversal pueden optimizarse según las condiciones de vuelo. Este artículo presenta una investigación sobre el efecto del morphing de envergadura y de curvatura en el rendimiento de misión de un UAV de 25 kg, con un ala recta, rectangular y sin barrido. El ala se optimiza en dos velocidades para varias estrategias de ala fija y de morphing, donde el objetivo es maximizar la eficiencia aerodinámica o el alcance. La investigación analiza el efecto de la velocidad seleccionada de baja y alta velocidad, el peso de la baja y alta velocidad en el cálculo del parámetro de misión, la retracción máxima de envergadura permitida y la penalización de peso en el rendimiento de la misión. Se utilizan modelos que representan el concepto de morphing de envergadura de relación de aspecto adaptable (AdAR) y el concepto de morphing de curvatura de hueso de pescado activo (FishBAC) para investigar el efecto en los parámetros del ala. Los resultados indican que, en general, el morphing tanto de envergadura como de curvatura maximiza la eficiencia aerodinámica para un peso de 30%-70% a 40%-60% entre las condiciones de vuelo de baja y alta velocidad, respectivamente. La estrategia de morphing de envergadura con curvatura fija optimizada en la raíz puede ofrecer hasta un 25% de mejora en la eficiencia aerodinámica en comparación con una curvatura y envergadura fijas, para una retracción permitida del 50% con un rango de velocidad de 50-115 kph. Reducir la retracción permitida al 25% disminuye la mejora al 8%-10% para un peso de misión del 50%-50%. El morphing de curvatura ofrece una mejora máxima de aproximadamente 4.5% para un rango de velocidad de 50-90 kph. Las mejoras en la eficiencia logradas a través del morphing de curvatura son más sensibles al rango de velocidad en la misión, disminuyendo generalmente rápidamente al reducir o aumentar el rango de velocidad, donde el morphing de envergadura parece ser más robusto para un aumento en el rango de velocidad más allá del óptimo. Sin embargo, donde el morphing de envergadura requiere una modificación considerable del plano, el cambio de curvatura requerido para un rendimiento óptimo es solo una deflexión de 5% en el borde de salida en relación con la longitud de la cuerda de la sección transversal. El morphing de envergadura, en el rango de velocidad de misión óptimo, con una retracción permitida del 25%, puede permitir hasta un 12% de aumento en la masa antes de que no se observe ventaja en el rendimiento, mientras que el morphing de curvatura solo permite hasta un 3%. Esto proporciona al diseñador un presupuesto de masa que debe lograrse para que el morphing sea viable y aumente el rendimiento de la misión.
Descripción
La tecnología de morphing ofrece una estrategia para modificar la geometría del ala, y los parámetros del plano del ala y de la sección transversal pueden optimizarse según las condiciones de vuelo. Este artículo presenta una investigación sobre el efecto del morphing de envergadura y de curvatura en el rendimiento de misión de un UAV de 25 kg, con un ala recta, rectangular y sin barrido. El ala se optimiza en dos velocidades para varias estrategias de ala fija y de morphing, donde el objetivo es maximizar la eficiencia aerodinámica o el alcance. La investigación analiza el efecto de la velocidad seleccionada de baja y alta velocidad, el peso de la baja y alta velocidad en el cálculo del parámetro de misión, la retracción máxima de envergadura permitida y la penalización de peso en el rendimiento de la misión. Se utilizan modelos que representan el concepto de morphing de envergadura de relación de aspecto adaptable (AdAR) y el concepto de morphing de curvatura de hueso de pescado activo (FishBAC) para investigar el efecto en los parámetros del ala. Los resultados indican que, en general, el morphing tanto de envergadura como de curvatura maximiza la eficiencia aerodinámica para un peso de 30%-70% a 40%-60% entre las condiciones de vuelo de baja y alta velocidad, respectivamente. La estrategia de morphing de envergadura con curvatura fija optimizada en la raíz puede ofrecer hasta un 25% de mejora en la eficiencia aerodinámica en comparación con una curvatura y envergadura fijas, para una retracción permitida del 50% con un rango de velocidad de 50-115 kph. Reducir la retracción permitida al 25% disminuye la mejora al 8%-10% para un peso de misión del 50%-50%. El morphing de curvatura ofrece una mejora máxima de aproximadamente 4.5% para un rango de velocidad de 50-90 kph. Las mejoras en la eficiencia logradas a través del morphing de curvatura son más sensibles al rango de velocidad en la misión, disminuyendo generalmente rápidamente al reducir o aumentar el rango de velocidad, donde el morphing de envergadura parece ser más robusto para un aumento en el rango de velocidad más allá del óptimo. Sin embargo, donde el morphing de envergadura requiere una modificación considerable del plano, el cambio de curvatura requerido para un rendimiento óptimo es solo una deflexión de 5% en el borde de salida en relación con la longitud de la cuerda de la sección transversal. El morphing de envergadura, en el rango de velocidad de misión óptimo, con una retracción permitida del 25%, puede permitir hasta un 12% de aumento en la masa antes de que no se observe ventaja en el rendimiento, mientras que el morphing de curvatura solo permite hasta un 3%. Esto proporciona al diseñador un presupuesto de masa que debe lograrse para que el morphing sea viable y aumente el rendimiento de la misión.