Optimización del diseño de hélices y una evaluación de la operación de vuelo a velocidad de rotación variable bajo restricciones de vibración estructural
Autores: Oliveira, Nicolas Lima; Lemonge, Afonso Celso de Castro; Hallak, Patricia Habib; Kyprianidis, Konstantinos; Vouros, Stavros; Rendón, Manuel A.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Optimización del diseño de hélices y una evaluación de la operación de vuelo a velocidad de rotación variable bajo restricciones de vibración estructural
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Metodología
Hélice aeronáutica
Consumo de energía
Algoritmos evolutivos
Diseño de hélices
Análisis operativo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta una metodología para optimizar una hélice aeronáutica con el fin de minimizar el consumo de energía. Se emplea un enfoque multiobjetivo utilizando la teoría del momento de elemento de pala (BEM) y algoritmos evolutivos para optimizar el diseño de la hélice minimizando el consumo de energía durante el despegue y el ascenso. Tres algoritmos evolutivos diferentes generaron un frente de Pareto, del cual se selecciona el diseño óptimo de la hélice. El diseño de la hélice seleccionado se evalúa bajo condiciones operativas óptimas para una misión específica. En este contexto, se evalúan dos enfoques operativos para las hélices optimizadas durante las misiones de vuelo. El primer enfoque considera la posibilidad de solo tres valores para la rotación de la hélice, mientras que el segundo permite cambios continuos en los valores de velocidad de rotación y ángulo de paso, conocido como el enfoque de velocidad de rotación múltiple. En el segundo enfoque, se realiza un análisis modal de la hélice utilizando la teoría de vigas rotativas. Las frecuencias naturales de vibración, restringidas por el diagrama de Campbell, permiten un análisis operativo y aseguran la integridad estructural al prevenir la resonancia entre las palas de la hélice y los procedimientos de rotación. El enfoque de rotación múltiple se lleva a cabo con y sin restricciones de frecuencia, resultando en reducciones generales de energía de vuelo del 1.40% y 1.47%, respectivamente. Sin embargo, se logran ahorros de energía sustanciales, hasta durante estados críticos de vuelo, lo que puede tener un impacto significativo en el diseño y la operatividad futuros de los motores. Las principales contribuciones de la investigación radican en analizar el enfoque de rotación múltiple con restricciones vibracionales de la hélice optimizada. Esta investigación avanza en las prácticas de aviación sostenible al centrarse en reducir el consumo de energía mientras se mantiene el rendimiento.
Descripción
Este documento presenta una metodología para optimizar una hélice aeronáutica con el fin de minimizar el consumo de energía. Se emplea un enfoque multiobjetivo utilizando la teoría del momento de elemento de pala (BEM) y algoritmos evolutivos para optimizar el diseño de la hélice minimizando el consumo de energía durante el despegue y el ascenso. Tres algoritmos evolutivos diferentes generaron un frente de Pareto, del cual se selecciona el diseño óptimo de la hélice. El diseño de la hélice seleccionado se evalúa bajo condiciones operativas óptimas para una misión específica. En este contexto, se evalúan dos enfoques operativos para las hélices optimizadas durante las misiones de vuelo. El primer enfoque considera la posibilidad de solo tres valores para la rotación de la hélice, mientras que el segundo permite cambios continuos en los valores de velocidad de rotación y ángulo de paso, conocido como el enfoque de velocidad de rotación múltiple. En el segundo enfoque, se realiza un análisis modal de la hélice utilizando la teoría de vigas rotativas. Las frecuencias naturales de vibración, restringidas por el diagrama de Campbell, permiten un análisis operativo y aseguran la integridad estructural al prevenir la resonancia entre las palas de la hélice y los procedimientos de rotación. El enfoque de rotación múltiple se lleva a cabo con y sin restricciones de frecuencia, resultando en reducciones generales de energía de vuelo del 1.40% y 1.47%, respectivamente. Sin embargo, se logran ahorros de energía sustanciales, hasta durante estados críticos de vuelo, lo que puede tener un impacto significativo en el diseño y la operatividad futuros de los motores. Las principales contribuciones de la investigación radican en analizar el enfoque de rotación múltiple con restricciones vibracionales de la hélice optimizada. Esta investigación avanza en las prácticas de aviación sostenible al centrarse en reducir el consumo de energía mientras se mantiene el rendimiento.