Efectos del Margen de Estabilidad Estática en la Optimización del Diseño Aerodinámico de Aeronaves con Alas Soportadas por Truss
Autores: Li, Li; Qiao, Lei; Xu, Jiakuan; Bai, Junqiang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Efectos del Margen de Estabilidad Estática en la Optimización del Diseño Aerodinámico de Aeronaves con Alas Soportadas por Truss
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Industria de la aviación
Crisis del petróleo
Emisiones de gases de efecto invernadero
Optimización de la forma aerodinámica
Tecnología de control activo
Ala con soporte de celosía
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Actualmente, la industria de la aviación enfrenta una crisis de petróleo y energía y está contribuyendo mucho más a las emisiones de gases de efecto invernadero en el medio ambiente. Los enfoques de diseño de aeronaves, como la optimización de la forma aerodinámica, nuevos conceptos de configuración y tecnología de control activo, han sido los medios primarios y efectivos para lograr objetivos relacionados con el consumo de combustible, el ruido y las emisiones. Por ahora, los problemas de diseño de estabilidad estática relajada (RSS, una técnica de control activo) y configuraciones de ala con soporte en truss (TBW) con métodos de optimización de forma aerodinámica de alta fidelidad han sido ampliamente investigados para promover el rendimiento aerodinámico. Sin embargo, casi siempre se estudian por separado, y la combinación de exploración y diseño refinado rara vez se presenta. Por lo tanto, los propósitos de este trabajo son evaluar los beneficios de RSS en una configuración completa de ala-cuerpo-cola TBW bajo diversas condiciones de vuelo y los efectos en múltiples componentes, y explorar más a fondo el potencial y analizar las características aerodinámicas con la combinación de optimización de forma y RSS. Para abordar estos problemas, por un lado, se adoptan un rango de siete márgenes de estabilidad estática para evaluar sus efectos con un solucionador de Navier-Stokes promediado por Reynolds de alta fidelidad. Por otro lado, se realizan siete casos de optimización de diseño aerodinámico multipunto para la minimización de la resistencia, que cuentan con 600 variables de forma y 13 variables de torsión, sujetas a restricciones de coeficiente de sustentación, trimado y grosor. Los resultados indican que con solo RSS, la configuración inicial tiene una reducción de resistencia del 2.39% en condiciones de crucero y una reducción del 3.01% y del 5.24% en dos condiciones fuera de diseño. Además, se observan y analizan los efectos en los múltiples componentes. Además, todas las configuraciones optimizadas con RSS tienen reducciones de resistencia del 2.13%, 2.42% y 2.12% en condiciones de crucero, condiciones de divergencia de resistencia y condiciones cercanas al inicio de buffet, respectivamente. La configuración optimizada más prometedora tiene una relación de sustentación a resistencia de 24.48 con una eficiencia aerodinámica de 17.14. Las evaluaciones con una serie de puntos fuera de diseño también presentan una alta eficiencia aerodinámica.
Descripción
Actualmente, la industria de la aviación enfrenta una crisis de petróleo y energía y está contribuyendo mucho más a las emisiones de gases de efecto invernadero en el medio ambiente. Los enfoques de diseño de aeronaves, como la optimización de la forma aerodinámica, nuevos conceptos de configuración y tecnología de control activo, han sido los medios primarios y efectivos para lograr objetivos relacionados con el consumo de combustible, el ruido y las emisiones. Por ahora, los problemas de diseño de estabilidad estática relajada (RSS, una técnica de control activo) y configuraciones de ala con soporte en truss (TBW) con métodos de optimización de forma aerodinámica de alta fidelidad han sido ampliamente investigados para promover el rendimiento aerodinámico. Sin embargo, casi siempre se estudian por separado, y la combinación de exploración y diseño refinado rara vez se presenta. Por lo tanto, los propósitos de este trabajo son evaluar los beneficios de RSS en una configuración completa de ala-cuerpo-cola TBW bajo diversas condiciones de vuelo y los efectos en múltiples componentes, y explorar más a fondo el potencial y analizar las características aerodinámicas con la combinación de optimización de forma y RSS. Para abordar estos problemas, por un lado, se adoptan un rango de siete márgenes de estabilidad estática para evaluar sus efectos con un solucionador de Navier-Stokes promediado por Reynolds de alta fidelidad. Por otro lado, se realizan siete casos de optimización de diseño aerodinámico multipunto para la minimización de la resistencia, que cuentan con 600 variables de forma y 13 variables de torsión, sujetas a restricciones de coeficiente de sustentación, trimado y grosor. Los resultados indican que con solo RSS, la configuración inicial tiene una reducción de resistencia del 2.39% en condiciones de crucero y una reducción del 3.01% y del 5.24% en dos condiciones fuera de diseño. Además, se observan y analizan los efectos en los múltiples componentes. Además, todas las configuraciones optimizadas con RSS tienen reducciones de resistencia del 2.13%, 2.42% y 2.12% en condiciones de crucero, condiciones de divergencia de resistencia y condiciones cercanas al inicio de buffet, respectivamente. La configuración optimizada más prometedora tiene una relación de sustentación a resistencia de 24.48 con una eficiencia aerodinámica de 17.14. Las evaluaciones con una serie de puntos fuera de diseño también presentan una alta eficiencia aerodinámica.