Aerodinámica Experimental de un Pequeño Vehículo Aéreo No Tripulado de Ala Fija Recubierto con Microfibras Bioinspiradas Bajo Estancamiento Estático y Dinámico
Autores: Santos, Dioser; Fernandes, Guilherme D.; Doosttalab, Ali; Maldonado, Victor
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Aerodinámica Experimental de un Pequeño Vehículo Aéreo No Tripulado de Ala Fija Recubierto con Microfibras Bioinspiradas Bajo Estancamiento Estático y Dinámico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Recubrimientos de microfibra
Aerodinámica
Pruebas en túnel de viento
ángulos de ataque
Reducción de resistencia
Superficies de control
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
Se aplicó una técnica de control de flujo pasivo en forma de recubrimientos de microfibras con un área de sección transversal de pilar divergente en la superficie de succión del ala de un pequeño vehículo aéreo no tripulado (UAV) sin cola. Los recubrimientos están inspirados en las superficies de "pies de gecko", y su impacto en la aerodinámica estable y no estable se evalúa a través de pruebas en túnel de viento. Se utilizaron ángulos de ataque de -2 grados a 17 grados para experimentos estáticos, y en algunos casos, se deflectó la superficie de control elevón para estudiar su efectividad. En oscilación forzada, se exploraron varias combinaciones de ángulo medio de ataque, frecuencia y amplitud. Los coeficientes aerodinámicos se calcularon a partir de mediciones de celdas de carga para variables experimentales como el tamaño de las microfibras, la región del ala recubierta con microfibras, el número de Reynolds y el ángulo de ataque. Las microfibras con una altura de pilar de 140 um reducen la resistencia en un máximo del 24.7% en condiciones de alta sustentación y régimen de crucero, mientras que las microfibras de 70 um funcionan mejor en el régimen de flujo de pérdida, reduciendo la resistencia en un 24.2% para la misma condición de alta sustentación. Los experimentos de deflexión del elevón mostraron que la autoridad del momento de cabeceo se mejora significativamente cerca de la pérdida cuando las microfibras cubren la superficie de control y aguas arriba, con un aumento en la magnitud del CM de hasta 22.4%. Los experimentos dinámicos mostraron que las microfibras aumentan marginalmente el amortiguamiento dinámico en cabeceo, mejorando la producción del factor de carga en respuesta a la activación de la superficie de control a bajos ángulos de ataque, pero reduciéndolo a ángulos más altos. En general, los pilares de microfibras se encuentran dentro de la capa límite laminar, y crean una condición de deslizamiento periódico en la superficie superior de los pilares, lo que aumenta el momento cercano a la pared sobre la superficie del ala. Este mecanismo es particularmente efectivo para mitigar la separación del flujo a altos ángulos de ataque, reduciendo la resistencia por presión y restaurando la autoridad del momento de cabeceo proporcionada por las superficies de control.
Descripción
Se aplicó una técnica de control de flujo pasivo en forma de recubrimientos de microfibras con un área de sección transversal de pilar divergente en la superficie de succión del ala de un pequeño vehículo aéreo no tripulado (UAV) sin cola. Los recubrimientos están inspirados en las superficies de "pies de gecko", y su impacto en la aerodinámica estable y no estable se evalúa a través de pruebas en túnel de viento. Se utilizaron ángulos de ataque de -2 grados a 17 grados para experimentos estáticos, y en algunos casos, se deflectó la superficie de control elevón para estudiar su efectividad. En oscilación forzada, se exploraron varias combinaciones de ángulo medio de ataque, frecuencia y amplitud. Los coeficientes aerodinámicos se calcularon a partir de mediciones de celdas de carga para variables experimentales como el tamaño de las microfibras, la región del ala recubierta con microfibras, el número de Reynolds y el ángulo de ataque. Las microfibras con una altura de pilar de 140 um reducen la resistencia en un máximo del 24.7% en condiciones de alta sustentación y régimen de crucero, mientras que las microfibras de 70 um funcionan mejor en el régimen de flujo de pérdida, reduciendo la resistencia en un 24.2% para la misma condición de alta sustentación. Los experimentos de deflexión del elevón mostraron que la autoridad del momento de cabeceo se mejora significativamente cerca de la pérdida cuando las microfibras cubren la superficie de control y aguas arriba, con un aumento en la magnitud del CM de hasta 22.4%. Los experimentos dinámicos mostraron que las microfibras aumentan marginalmente el amortiguamiento dinámico en cabeceo, mejorando la producción del factor de carga en respuesta a la activación de la superficie de control a bajos ángulos de ataque, pero reduciéndolo a ángulos más altos. En general, los pilares de microfibras se encuentran dentro de la capa límite laminar, y crean una condición de deslizamiento periódico en la superficie superior de los pilares, lo que aumenta el momento cercano a la pared sobre la superficie del ala. Este mecanismo es particularmente efectivo para mitigar la separación del flujo a altos ángulos de ataque, reduciendo la resistencia por presión y restaurando la autoridad del momento de cabeceo proporcionada por las superficies de control.