Evaluación Numérica de la Reducción de Arrastre por Ribletes en un UAV MALE
Autores: Bliamis, Chris; Vlahostergios, Zinon; Misirlis, Dimitrios; Yakinthos, Kyros
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Evaluación Numérica de la Reducción de Arrastre por Ribletes en un UAV MALE
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Métodos de control de flujo
Reducción de la resistencia aerodinámica
Ribletes
UAV
Dinámica de fluidos computacional
Beneficio de reducción de resistencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Los métodos de control de flujo para la reducción de la resistencia aerodinámica han sido un campo de interés para los diseñadores de aeronaves, que buscan minimizar el consumo de combustible y aumentar el rendimiento aerodinámico de la aeronave. Se han conceptualizado, diseñado y probado diversas técnicas de control de flujo, aplicadas a aplicaciones aeronáuticas que van desde grandes aviones de pasajeros hasta pequeños vehículos aéreos no tripulados (VANT) lanzados a mano. Entre otros, se ha propuesto y evaluado el concepto de ribletes, inspirado en la morfología de la piel del tiburón, para aviones de pasajeros. En este trabajo, se investiga la implementación de ribletes en un VANT de media altitud y larga duración (MALE). Los ribletes pueden ofrecer reducción de resistencia debido a la disminución de la fricción total de la piel, al alterar las características de la capa límite en la región cercana a la pared. Los ribletes se implementan en ubicaciones específicas en el VANT (ala principal, fuselaje y empenaje) y se seleccionan adecuadamente, donde la capa límite se vuelve transicional del régimen de flujo laminar al turbulento. Por esta razón, se realiza un modelado de dinámica de fluidos computacional resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds, incorporando el modelo de turbulencia de viscosidad de eddy k- SST. El efecto de los ribletes en la región cercana a la pared se modela utilizando una condición de contorno de pared apropiada para la ecuación de transporte de la tasa de disipación de turbulencia específica. Se muestra que se puede obtener un beneficio en la reducción de resistencia, tanto para los segmentos de vuelo en espera como para los de crucero de la misión del VANT, y esto se presenta claramente en los diagramas polares de resistencia del vehículo aéreo. Finalmente, también se evalúa el beneficio potencial para el rendimiento del vuelo en términos de aumento de la resistencia y del peso de la carga útil.
Descripción
Los métodos de control de flujo para la reducción de la resistencia aerodinámica han sido un campo de interés para los diseñadores de aeronaves, que buscan minimizar el consumo de combustible y aumentar el rendimiento aerodinámico de la aeronave. Se han conceptualizado, diseñado y probado diversas técnicas de control de flujo, aplicadas a aplicaciones aeronáuticas que van desde grandes aviones de pasajeros hasta pequeños vehículos aéreos no tripulados (VANT) lanzados a mano. Entre otros, se ha propuesto y evaluado el concepto de ribletes, inspirado en la morfología de la piel del tiburón, para aviones de pasajeros. En este trabajo, se investiga la implementación de ribletes en un VANT de media altitud y larga duración (MALE). Los ribletes pueden ofrecer reducción de resistencia debido a la disminución de la fricción total de la piel, al alterar las características de la capa límite en la región cercana a la pared. Los ribletes se implementan en ubicaciones específicas en el VANT (ala principal, fuselaje y empenaje) y se seleccionan adecuadamente, donde la capa límite se vuelve transicional del régimen de flujo laminar al turbulento. Por esta razón, se realiza un modelado de dinámica de fluidos computacional resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds, incorporando el modelo de turbulencia de viscosidad de eddy k- SST. El efecto de los ribletes en la región cercana a la pared se modela utilizando una condición de contorno de pared apropiada para la ecuación de transporte de la tasa de disipación de turbulencia específica. Se muestra que se puede obtener un beneficio en la reducción de resistencia, tanto para los segmentos de vuelo en espera como para los de crucero de la misión del VANT, y esto se presenta claramente en los diagramas polares de resistencia del vehículo aéreo. Finalmente, también se evalúa el beneficio potencial para el rendimiento del vuelo en términos de aumento de la resistencia y del peso de la carga útil.