Concepto de Escalado Estructural Dinámico para una Configuración de Túnel de Viento de Ala Delta Utilizando Fabricación Aditiva
Autores: Bantscheff, Konstantin; Breitsamter, Christian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Concepto de Escalado Estructural Dinámico para una Configuración de Túnel de Viento de Ala Delta Utilizando Fabricación Aditiva
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Efectos aeroelásticos
Modelos de túnel de viento
Metodología de escalado
Dinámica de fluidos computacional
Escalado estructural
Coeficientes aerodinámicos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Considerar los efectos aeroelásticos juega un papel vital en el proceso de diseño de aeronaves. La construcción de modelos de túnel de viento elásticos es un elemento crítico en la investigación de fenómenos aeroelásticos que ocurren. Sin embargo, la escalabilidad estructural entre configuraciones a escala completa y a escala reducida es una tarea de diseño y fabricación compleja y generalmente se evita en las pruebas de túnel de viento. Este trabajo propone un enfoque numérico para una técnica de escalado aeroelástico dinámico, que se aplica a una configuración ficticia de ala delta. Esta metodología de escalado está diseñada para optimizar la disposición estructural de los modelos de túnel de viento con una estructura de costilla y viga integrada para cumplir con el comportamiento de un equivalente a escala completa realista. Para el enfoque de modelado de la estructura del ala, se utiliza una estructura de viga y cascarón. Se describen las leyes de escalado aplicadas para las cantidades relevantes y los procedimientos aplicados. Se realizan cálculos de dinámica de fluidos computacional (CFD) resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) para la suposición de un ala rígida a escala completa y a escala reducida. Estos cálculos se utilizan para verificar las suposiciones de escalado aerodinámico, que se aplican al procedimiento de escalado del modelo de túnel de viento. Se evalúan los coeficientes aerodinámicos globales para una variedad de ángulos de ataque. Los fenómenos de flujo locales del modelo a escala completa y del modelo escalado se comparan con más detalle para un ángulo de ataque medio y alto. La distribución del coeficiente de presión muestra una adecuada concordancia entre el modelo a escala completa y el modelo escalado. Para verificar los resultados de la optimización del escalado estructural, se compara un modelo estructural a escala completa de alta fidelidad con el modelo escalado utilizando el solucionador FEM ELFINI. Por lo tanto, todos los componentes estructurales se modelan mediante elementos 2D. Los resultados para las frecuencias propias reducidas y los modos correspondientes del modelo a escala completa y del modelo escalado muestran un alto nivel de similitud. Se realiza una deformación estática de las rejillas estructurales aplicando las cargas aerodinámicas de las simulaciones CFD. Los resultados muestran que la desviación de la deformación no dimensional entre el modelo escalado y el modelo a escala completa es negligible. En consecuencia, la metodología de escalado aplicada demuestra ser una herramienta valiosa para el enfoque conceptual de diseñar modelos de túnel de viento escalados aeroelásticamente considerando material impreso en 3D.
Descripción
Considerar los efectos aeroelásticos juega un papel vital en el proceso de diseño de aeronaves. La construcción de modelos de túnel de viento elásticos es un elemento crítico en la investigación de fenómenos aeroelásticos que ocurren. Sin embargo, la escalabilidad estructural entre configuraciones a escala completa y a escala reducida es una tarea de diseño y fabricación compleja y generalmente se evita en las pruebas de túnel de viento. Este trabajo propone un enfoque numérico para una técnica de escalado aeroelástico dinámico, que se aplica a una configuración ficticia de ala delta. Esta metodología de escalado está diseñada para optimizar la disposición estructural de los modelos de túnel de viento con una estructura de costilla y viga integrada para cumplir con el comportamiento de un equivalente a escala completa realista. Para el enfoque de modelado de la estructura del ala, se utiliza una estructura de viga y cascarón. Se describen las leyes de escalado aplicadas para las cantidades relevantes y los procedimientos aplicados. Se realizan cálculos de dinámica de fluidos computacional (CFD) resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) para la suposición de un ala rígida a escala completa y a escala reducida. Estos cálculos se utilizan para verificar las suposiciones de escalado aerodinámico, que se aplican al procedimiento de escalado del modelo de túnel de viento. Se evalúan los coeficientes aerodinámicos globales para una variedad de ángulos de ataque. Los fenómenos de flujo locales del modelo a escala completa y del modelo escalado se comparan con más detalle para un ángulo de ataque medio y alto. La distribución del coeficiente de presión muestra una adecuada concordancia entre el modelo a escala completa y el modelo escalado. Para verificar los resultados de la optimización del escalado estructural, se compara un modelo estructural a escala completa de alta fidelidad con el modelo escalado utilizando el solucionador FEM ELFINI. Por lo tanto, todos los componentes estructurales se modelan mediante elementos 2D. Los resultados para las frecuencias propias reducidas y los modos correspondientes del modelo a escala completa y del modelo escalado muestran un alto nivel de similitud. Se realiza una deformación estática de las rejillas estructurales aplicando las cargas aerodinámicas de las simulaciones CFD. Los resultados muestran que la desviación de la deformación no dimensional entre el modelo escalado y el modelo a escala completa es negligible. En consecuencia, la metodología de escalado aplicada demuestra ser una herramienta valiosa para el enfoque conceptual de diseñar modelos de túnel de viento escalados aeroelásticamente considerando material impreso en 3D.