Propiedades de absorción de energía de estructuras giroides poliméricas impresas en 3D para el borde de ataque de un ala de avión
Autores: Overbeck, Mats; Heimbs, Sebastian; Kube, Jan; Hühne, Christian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Propiedades de absorción de energía de estructuras giroides poliméricas impresas en 3D para el borde de ataque de un ala de avión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Flujo laminar
Control híbrido de flujo laminar
Panel de succión
Requisitos mecánicos
Superficie mínima periódica triplemente
Absorción de energía
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 34
Citaciones: Sin citaciones
El flujo laminar ofrece un potencial significativo para aumentar la eficiencia energética de los futuros aviones de transporte. En el Clúster de Excelencia SEA-Aviación Sostenible y Eficiente en Energía, se está investigando la laminarización del ala mediante el control híbrido de flujo laminar (HLFC). El objetivo es mantener la capa límite como laminar en hasta el 80% de la longitud de la cuerda del ala. Esto se logra mediante succión activa en el borde de ataque y la parte trasera del ala. Los paneles de succión están construidos con una delgada piel microperforada y una estructura de núcleo celular abierto de soporte. Los requisitos mecánicos para este tipo de estructura sándwich varían según su posición de uso. El panel de succión en el borde de ataque debe ser capaz de soportar impactos de aves, mientras que el panel de succión en la parte trasera debe soportar cargas de flexión debido a la deformación del ala. El objetivo de este estudio fue investigar las propiedades de absorción de energía de una estructura de superficie mínima periódica triple (TPMS) que puede utilizarse como núcleo resistente a impactos de aves en el borde de ataque del ala. Para ello, se fabricaron especímenes de gyroid basados en láminas cúbicas de diferentes materiales poliméricos y diferentes dimensiones geométricas utilizando procesos de fabricación aditiva. Los especímenes fueron luego sometidos a pruebas bajo compresión cuasi-estática y carga de aplastamiento dinámica hasta el fallo. Se encontró que el comportamiento mecánico dependía del material, el tamaño de la celda unitaria, la densidad relativa y la tasa de carga. En general, la absorción de energía específica por peso (SEA) al 50% de compactación aumentó con el aumento de la densidad relativa. Los especímenes de poliuretano mostraron un aumento en SEA con el aumento de la tasa de carga, a diferencia de los especímenes de los otros polímeros investigados. Un tamaño de celda unitaria más pequeño indujo una absorción de energía más consistente, debido a la mayor fuerza de meseta.
Descripción
El flujo laminar ofrece un potencial significativo para aumentar la eficiencia energética de los futuros aviones de transporte. En el Clúster de Excelencia SEA-Aviación Sostenible y Eficiente en Energía, se está investigando la laminarización del ala mediante el control híbrido de flujo laminar (HLFC). El objetivo es mantener la capa límite como laminar en hasta el 80% de la longitud de la cuerda del ala. Esto se logra mediante succión activa en el borde de ataque y la parte trasera del ala. Los paneles de succión están construidos con una delgada piel microperforada y una estructura de núcleo celular abierto de soporte. Los requisitos mecánicos para este tipo de estructura sándwich varían según su posición de uso. El panel de succión en el borde de ataque debe ser capaz de soportar impactos de aves, mientras que el panel de succión en la parte trasera debe soportar cargas de flexión debido a la deformación del ala. El objetivo de este estudio fue investigar las propiedades de absorción de energía de una estructura de superficie mínima periódica triple (TPMS) que puede utilizarse como núcleo resistente a impactos de aves en el borde de ataque del ala. Para ello, se fabricaron especímenes de gyroid basados en láminas cúbicas de diferentes materiales poliméricos y diferentes dimensiones geométricas utilizando procesos de fabricación aditiva. Los especímenes fueron luego sometidos a pruebas bajo compresión cuasi-estática y carga de aplastamiento dinámica hasta el fallo. Se encontró que el comportamiento mecánico dependía del material, el tamaño de la celda unitaria, la densidad relativa y la tasa de carga. En general, la absorción de energía específica por peso (SEA) al 50% de compactación aumentó con el aumento de la densidad relativa. Los especímenes de poliuretano mostraron un aumento en SEA con el aumento de la tasa de carga, a diferencia de los especímenes de los otros polímeros investigados. Un tamaño de celda unitaria más pequeño indujo una absorción de energía más consistente, debido a la mayor fuerza de meseta.