Hacia la similitud estructural y aeroelástica en modelos de alas a escala: desarrollo de un marco de optimización aeroelástica
Autores: Filippou, Evangelos; Kilimtzidis, Spyridon; Kotzakolios, Athanasios; Kostopoulos, Vassilis
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Hacia la similitud estructural y aeroelástica en modelos de alas a escala: desarrollo de un marco de optimización aeroelástica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Transporte eficiente
Configuraciones de aeronaves
Análisis aeroelástico
Modelos a escala
Pruebas aeroelásticas
Aeroelasticidad computacional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
La búsqueda de un transporte más eficiente ha llevado a los ingenieros a desarrollar una amplia variedad de configuraciones de aeronaves con el objetivo de reducir el consumo de combustible y las emisiones. Sin embargo, estos diseños innovadores introducen acoplamientos aeroelásticos significativos que pueden llevar potencialmente a fallos estructurales. En consecuencia, el análisis y la optimización aeroelástica se han convertido en una parte integral del diseño moderno de aeronaves. Además, las pruebas aeroelásticas de modelos a escala son una fase crítica en el desarrollo de aeronaves, requiriendo la predicción precisa del comportamiento aeroelástico durante la construcción del modelo a escala para reducir costos y mitigar los riesgos asociados con las pruebas de vuelo a escala real. Lograr un alto grado de similitud entre la rigidez, la distribución de masa y las características del campo de flujo de los modelos a escala y sus contrapartes a escala real es de suma importancia. Sin embargo, lograr similitud no siempre es sencillo debido a la variedad de configuraciones de las aeronaves ligeras modernas, ya que la geometría idéntica no siempre puede ser escalada directamente. Esta diversidad de configuraciones tiene un impacto directo en la respuesta aeroelástica, lo que requiere el uso de herramientas de aeroelasticidad computacional y algoritmos de optimización. Este trabajo presenta el desarrollo de un marco de escalado aeroelástico utilizando optimización multidisciplinaria. Específicamente, se crea un Modelo de Elementos Finitos (FEM) paramétrico del ala, incorporando la parametrización tanto del grosor como de la geometría, utilizando principalmente elementos de shell. Las cargas aerodinámicas se calculan utilizando el Método de Lattice de Doble (DLM) empleando factores de corrección de torsión y curvatura, y el acoplamiento aeroelástico se establece utilizando splines de placa infinita. El modelo aeroelástico se integra luego dentro de un algoritmo de Optimización por Colonias de Hormigas (ACO) para lograr similitud estática y dinámica entre el modelo a escala y el ala de referencia. Una contribución notable de este trabajo es la incorporación de la parametrización de la geometría interna en el marco, aumentando su versatilidad y efectividad.
Descripción
La búsqueda de un transporte más eficiente ha llevado a los ingenieros a desarrollar una amplia variedad de configuraciones de aeronaves con el objetivo de reducir el consumo de combustible y las emisiones. Sin embargo, estos diseños innovadores introducen acoplamientos aeroelásticos significativos que pueden llevar potencialmente a fallos estructurales. En consecuencia, el análisis y la optimización aeroelástica se han convertido en una parte integral del diseño moderno de aeronaves. Además, las pruebas aeroelásticas de modelos a escala son una fase crítica en el desarrollo de aeronaves, requiriendo la predicción precisa del comportamiento aeroelástico durante la construcción del modelo a escala para reducir costos y mitigar los riesgos asociados con las pruebas de vuelo a escala real. Lograr un alto grado de similitud entre la rigidez, la distribución de masa y las características del campo de flujo de los modelos a escala y sus contrapartes a escala real es de suma importancia. Sin embargo, lograr similitud no siempre es sencillo debido a la variedad de configuraciones de las aeronaves ligeras modernas, ya que la geometría idéntica no siempre puede ser escalada directamente. Esta diversidad de configuraciones tiene un impacto directo en la respuesta aeroelástica, lo que requiere el uso de herramientas de aeroelasticidad computacional y algoritmos de optimización. Este trabajo presenta el desarrollo de un marco de escalado aeroelástico utilizando optimización multidisciplinaria. Específicamente, se crea un Modelo de Elementos Finitos (FEM) paramétrico del ala, incorporando la parametrización tanto del grosor como de la geometría, utilizando principalmente elementos de shell. Las cargas aerodinámicas se calculan utilizando el Método de Lattice de Doble (DLM) empleando factores de corrección de torsión y curvatura, y el acoplamiento aeroelástico se establece utilizando splines de placa infinita. El modelo aeroelástico se integra luego dentro de un algoritmo de Optimización por Colonias de Hormigas (ACO) para lograr similitud estática y dinámica entre el modelo a escala y el ala de referencia. Una contribución notable de este trabajo es la incorporación de la parametrización de la geometría interna en el marco, aumentando su versatilidad y efectividad.