Investigación de la Dinámica de Fluidos en Diversos Diseños de Tanques de Alas de Aeronaves Utilizando Simulaciones 1D y CFD
Autores: Karahan, Kerem; Cadirci, Sertac
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Investigación de la Dinámica de Fluidos en Diversos Diseños de Tanques de Alas de Aeronaves Utilizando Simulaciones 1D y CFD
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Combustible para aviones
Tanques de combustible de aeronaves
Centro de gravedad
Deflectores
Dinámica de fluidos computacional
Red neuronal artificial
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
El combustible de aviación en los tanques de combustible de las aeronaves se mueve debido a la aceleración resultante de las maniobras. El movimiento mencionado aquí impacta directamente en el Centro de Gravedad (CG). La mecánica de vuelo de la aeronave se ve significativamente afectada por la desviación de su CG en el cuerpo de la aeronave, y una desviación excesiva es indeseable. Prevenir la desviación del CG se logra diseñando varios deflectores dentro del tanque de combustible. En este estudio, se investigaron los detalles de diseño de los deflectores con la ayuda de un modelo de red neuronal artificial (ANN), simulaciones 1D y cálculos de dinámica de fluidos computacional (CFD). Las simulaciones 1D, que modelan el movimiento del combustible, se utilizaron para comprender el comportamiento general del fluido en el tanque. Los cálculos CFD que simulan el flujo de fluido turbulento en tres dimensiones se utilizaron para confirmar los resultados de las simulaciones 1D y proporcionar información más detallada. Se creó un conjunto de simulaciones utilizando cinco parámetros: uso de barreras, fracción de volumen, diámetro de recortes, número de recortes y ubicación de los recortes. En comparación con el diseño sin barreras, el uso de barreras como parámetro cambia ya sea en el deflector número 1, 3 y 6, o en el deflector número 2, 4 y 7. El parámetro de fracción de volumen de combustible representa el 30%, 45% y 60% del volumen interior. Los diámetros de los agujeros de recorte varían entre 30 mm y 156 mm y se utilizan categorizados entre los deflectores. Los agujeros de recorte se aplican en deflectores en formas simples, dobles y triples, y sus ubicaciones están sujetas a una divergencia de -20 mm o +20 mm del eje -x. Basado en estos parámetros, la máxima desviación y el tiempo de retroceso del CG constituyen los parámetros de salida. La importancia de los parámetros de entrada sobre las salidas se obtuvo con la ayuda de un algoritmo ANN creado a partir de los resultados de todas las combinaciones posibles de un número suficiente de simulaciones 1D. Para obtener resultados más detallados y confirmar la importancia de los parámetros de entrada sobre las salidas, se simularon casos seleccionados con CFD. Como resultado de todos los análisis, se reveló que el uso de barreras es el parámetro de entrada más dominante en la desviación del CG, seguido por la fracción de volumen, el diámetro de los agujeros de recorte, la divergencia de los recortes y, finalmente, el número de agujeros de recorte. Este estudio identifica los parámetros de entrada dominantes para controlar el movimiento del combustible, específicamente la desviación del CG y el tiempo de retroceso en el tanque de combustible, y propone diseños de deflectores para promover una estabilidad de vuelo robusta.
Descripción
El combustible de aviación en los tanques de combustible de las aeronaves se mueve debido a la aceleración resultante de las maniobras. El movimiento mencionado aquí impacta directamente en el Centro de Gravedad (CG). La mecánica de vuelo de la aeronave se ve significativamente afectada por la desviación de su CG en el cuerpo de la aeronave, y una desviación excesiva es indeseable. Prevenir la desviación del CG se logra diseñando varios deflectores dentro del tanque de combustible. En este estudio, se investigaron los detalles de diseño de los deflectores con la ayuda de un modelo de red neuronal artificial (ANN), simulaciones 1D y cálculos de dinámica de fluidos computacional (CFD). Las simulaciones 1D, que modelan el movimiento del combustible, se utilizaron para comprender el comportamiento general del fluido en el tanque. Los cálculos CFD que simulan el flujo de fluido turbulento en tres dimensiones se utilizaron para confirmar los resultados de las simulaciones 1D y proporcionar información más detallada. Se creó un conjunto de simulaciones utilizando cinco parámetros: uso de barreras, fracción de volumen, diámetro de recortes, número de recortes y ubicación de los recortes. En comparación con el diseño sin barreras, el uso de barreras como parámetro cambia ya sea en el deflector número 1, 3 y 6, o en el deflector número 2, 4 y 7. El parámetro de fracción de volumen de combustible representa el 30%, 45% y 60% del volumen interior. Los diámetros de los agujeros de recorte varían entre 30 mm y 156 mm y se utilizan categorizados entre los deflectores. Los agujeros de recorte se aplican en deflectores en formas simples, dobles y triples, y sus ubicaciones están sujetas a una divergencia de -20 mm o +20 mm del eje -x. Basado en estos parámetros, la máxima desviación y el tiempo de retroceso del CG constituyen los parámetros de salida. La importancia de los parámetros de entrada sobre las salidas se obtuvo con la ayuda de un algoritmo ANN creado a partir de los resultados de todas las combinaciones posibles de un número suficiente de simulaciones 1D. Para obtener resultados más detallados y confirmar la importancia de los parámetros de entrada sobre las salidas, se simularon casos seleccionados con CFD. Como resultado de todos los análisis, se reveló que el uso de barreras es el parámetro de entrada más dominante en la desviación del CG, seguido por la fracción de volumen, el diámetro de los agujeros de recorte, la divergencia de los recortes y, finalmente, el número de agujeros de recorte. Este estudio identifica los parámetros de entrada dominantes para controlar el movimiento del combustible, específicamente la desviación del CG y el tiempo de retroceso en el tanque de combustible, y propone diseños de deflectores para promover una estabilidad de vuelo robusta.