Experimentos de respuesta de elevación-flexión en una estructura de ala de UAV esbelta con superficie de control bajo turbulencia extrema del flujo
Autores: Ayele, Wolduamlak; Maldonado, Victor; Parameswaran, Siva
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Experimentos de respuesta de elevación-flexión en una estructura de ala de UAV esbelta con superficie de control bajo turbulencia extrema del flujo
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Aeroelástico
Aeronaves ligeras
Intensidad de turbulencia del flujo
UAV
Desplazamiento del ala
Vorticidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
La respuesta aeroelástica de aeronaves ligeras de baja velocidad con alas delgadas bajo una intensidad de turbulencia de flujo extrema no se comprende bien. Se realizaron experimentos en un vehículo aéreo no tripulado (UAV) comercial con una envergadura de 3 m y una relación de aspecto de 13.6 en un gran túnel de viento de retorno abierto con una intensidad de turbulencia de flujo extrema de aproximadamente el 10%. Se midieron el desplazamiento por flexión del ala y el flujo debajo del ala utilizando sensores de desplazamiento láser y técnicas de velocimetría de imágenes de partículas tomográficas (PIV), respectivamente. También se midió la sustentación no estacionaria producida por el ala utilizando una celda de carga de alta capacidad a un ángulo de ataque de dos grados para tres velocidades de flujo libre de 13.4 m/s, 17.9 m/s y 26.8 m/s, que representan la velocidad de pérdida del UAV, una velocidad aproximadamente igual a la velocidad de crucero y una velocidad considerablemente mayor que la velocidad de crucero, respectivamente. Se encontró que una alta intensidad de turbulencia de flujo con grandes escalas de longitud integral en relación con la cuerda del ala juega un papel dominante en la gran sustentación no estacionaria y los desplazamientos del ala medidos. La densidad espectral de potencia (PSD) de la vibración estructural del ala muestra que la separación de flujo del ala y las escalas de longitud integral tienen un impacto significativo en la potencia total inherente a la vibración por flexión del ala. Los cálculos de las isosuperficies de vorticidad en el volumen de medición de flujo que rodea al alerón revelan una observación sorprendente: una deflexión del alerón de 10 grados se vuelve menos efectiva para producir vorticidad adicional en la dirección de la envergadura, que es proporcional a la circulación y la sustentación a 26.8 m/s, ya que el flujo libre ya tiene niveles elevados de vorticidad. Se sugiere un cambio de paradigma en el diseño de estructuras de aeronaves ligeras con alas delgadas que operan en flujos altamente turbulentos, que consiste en emplear múltiples superficies de control para responder a este flujo y mitigar grandes desplazamientos de flexión o torsión y la probabilidad de fallo estructural.
Descripción
La respuesta aeroelástica de aeronaves ligeras de baja velocidad con alas delgadas bajo una intensidad de turbulencia de flujo extrema no se comprende bien. Se realizaron experimentos en un vehículo aéreo no tripulado (UAV) comercial con una envergadura de 3 m y una relación de aspecto de 13.6 en un gran túnel de viento de retorno abierto con una intensidad de turbulencia de flujo extrema de aproximadamente el 10%. Se midieron el desplazamiento por flexión del ala y el flujo debajo del ala utilizando sensores de desplazamiento láser y técnicas de velocimetría de imágenes de partículas tomográficas (PIV), respectivamente. También se midió la sustentación no estacionaria producida por el ala utilizando una celda de carga de alta capacidad a un ángulo de ataque de dos grados para tres velocidades de flujo libre de 13.4 m/s, 17.9 m/s y 26.8 m/s, que representan la velocidad de pérdida del UAV, una velocidad aproximadamente igual a la velocidad de crucero y una velocidad considerablemente mayor que la velocidad de crucero, respectivamente. Se encontró que una alta intensidad de turbulencia de flujo con grandes escalas de longitud integral en relación con la cuerda del ala juega un papel dominante en la gran sustentación no estacionaria y los desplazamientos del ala medidos. La densidad espectral de potencia (PSD) de la vibración estructural del ala muestra que la separación de flujo del ala y las escalas de longitud integral tienen un impacto significativo en la potencia total inherente a la vibración por flexión del ala. Los cálculos de las isosuperficies de vorticidad en el volumen de medición de flujo que rodea al alerón revelan una observación sorprendente: una deflexión del alerón de 10 grados se vuelve menos efectiva para producir vorticidad adicional en la dirección de la envergadura, que es proporcional a la circulación y la sustentación a 26.8 m/s, ya que el flujo libre ya tiene niveles elevados de vorticidad. Se sugiere un cambio de paradigma en el diseño de estructuras de aeronaves ligeras con alas delgadas que operan en flujos altamente turbulentos, que consiste en emplear múltiples superficies de control para responder a este flujo y mitigar grandes desplazamientos de flexión o torsión y la probabilidad de fallo estructural.