Optimización Aero-Estructural Acoplada Bidireccional de Alas Voladoras Estables
Autores: Hoyos, José D.; Echavarría, Camilo; Alvarado, Juan P.; Suárez, Gustavo; Niño, Juliana A.; García, Jorge I.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Optimización Aero-Estructural Acoplada Bidireccional de Alas Voladoras Estables
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Algoritmo aeroestructural
Ala voladora
Optimización multiobjetivo
Relación de aspecto
Forma de perfil aerodinámico
Modelo de red de vórtices
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Se desarrolla un algoritmo aeroestructural para optimizar un ala voladora en condiciones de crucero para el diseño preliminar, utilizando una interacción bidireccional entre la estructura y la aerodinámica. Se emplea una rutina de enjambre de partículas para resolver la optimización multiobjetivo, con el objetivo de reducir el peso de la estructura y la resistencia aerodinámica en el punto de diseño. Se evalúan diferentes formas durante el proceso de optimización hasta que el algoritmo alcanza la relación de aspecto óptima del ala, la relación de estrechamiento, el ángulo de incidencia, el ángulo de torsión, el ángulo de barrido y la forma del perfil alar, donde se emplea un método de seis parámetros para permitir perfiles alares reflexivos. Un viga I isotrópica principal modela la estructura del ala. Se utiliza un modelo de red de vórtices extendido para modelar la aerodinámica, junto con un método de panel de alto orden con interacción viscosa completamente acoplada. El método de elementos finitos se utiliza para resolver la estructura del ala voladora bajo cargas estáticas. Se desarrolla un algoritmo para iterar entre la deflexión del ala y su impacto en la aerodinámica hasta que se alcanza la convergencia. Se implementan diferentes restricciones en la función objetivo para cumplir con los criterios estructurales y la estabilidad estática longitudinal. Se lleva a cabo una comparación con una optimización de referencia, logrando una mayor eficiencia y resultados prometedores en la distribución de elevación elíptica y un alto margen estático, sin el uso de torsión no constante. Los resultados sugieren que combinar tanto perfiles alares reflexivos como barrido con washout es la solución óptima para reducir la resistencia y el peso, manteniendo los criterios de estabilidad estática longitudinal para aeronaves sin cola en el extremo inferior del régimen transónico.
Descripción
Se desarrolla un algoritmo aeroestructural para optimizar un ala voladora en condiciones de crucero para el diseño preliminar, utilizando una interacción bidireccional entre la estructura y la aerodinámica. Se emplea una rutina de enjambre de partículas para resolver la optimización multiobjetivo, con el objetivo de reducir el peso de la estructura y la resistencia aerodinámica en el punto de diseño. Se evalúan diferentes formas durante el proceso de optimización hasta que el algoritmo alcanza la relación de aspecto óptima del ala, la relación de estrechamiento, el ángulo de incidencia, el ángulo de torsión, el ángulo de barrido y la forma del perfil alar, donde se emplea un método de seis parámetros para permitir perfiles alares reflexivos. Un viga I isotrópica principal modela la estructura del ala. Se utiliza un modelo de red de vórtices extendido para modelar la aerodinámica, junto con un método de panel de alto orden con interacción viscosa completamente acoplada. El método de elementos finitos se utiliza para resolver la estructura del ala voladora bajo cargas estáticas. Se desarrolla un algoritmo para iterar entre la deflexión del ala y su impacto en la aerodinámica hasta que se alcanza la convergencia. Se implementan diferentes restricciones en la función objetivo para cumplir con los criterios estructurales y la estabilidad estática longitudinal. Se lleva a cabo una comparación con una optimización de referencia, logrando una mayor eficiencia y resultados prometedores en la distribución de elevación elíptica y un alto margen estático, sin el uso de torsión no constante. Los resultados sugieren que combinar tanto perfiles alares reflexivos como barrido con washout es la solución óptima para reducir la resistencia y el peso, manteniendo los criterios de estabilidad estática longitudinal para aeronaves sin cola en el extremo inferior del régimen transónico.