Optimización Estructural y Topológica de un Nuevo Mecanismo de Trompa de Elefante para Aplicaciones de Alas Morphing
Autores: Negahban, Mir Hossein; Hallonet, Alexandre; Noupoussi Woumeni, Marie; Nguyen, Constance; Botez, Ruxandra Mihaela
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Optimización Estructural y Topológica de un Nuevo Mecanismo de Trompa de Elefante para Aplicaciones de Alas Morphing
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Mecanismo
Morfología
Flaps de borde de salida
Mecanismo de Trompa de Elefante
Análisis estructural
Optimización topológica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
Se presenta un nuevo mecanismo para aletas de borde de salida que se transforman sin costuras en este documento. Este concepto de transformación inspirado en la biología se deriva del tronco de un elefante y se llama Mecanismo de Tronco de Elefante (ETM). La flexibilidad estructural del tronco de un elefante y su capacidad para realizar varios tipos de deformaciones lo convierten en una opción prometedora en la tecnología de transformación para aumentar el rendimiento de la deformación continua y suave hacia abajo en un borde de salida. Este mecanismo consiste en varios elementos en forma de dientes unidos a una caja de ala sólida; las contracciones de estos elementos en forma de dientes mediante fuerzas de actuación externas cambian la forma del borde de salida en dirección hacia abajo. Las principales fuerzas de actuación se aplican a través de cuerdas que pasan por los elementos en forma de dientes para generar las contracciones deseadas en los dientes flexibles. Se realiza un análisis estructural estático utilizando el Método de Elementos Finitos (FEM) para examinar este nuevo concepto de transformación y asegurar su viabilidad y estabilidad estructural. También se realiza una optimización de topología para encontrar la configuración óptima con el objetivo de reducir el peso estructural. El mecanismo optimizado se adjunta a la sección de aleta de un ala UAS-S45. Finalmente, se realiza un análisis de piel para encontrar su material de piel óptimo, que corresponde a los requisitos de la aleta transformable. Los resultados del análisis estructural y la optimización de topología revelan la fiabilidad y estabilidad del mecanismo propuesto para su aplicación en la aleta de Borde de Salida Transformable Sin Costuras (SMTE). Los resultados de la optimización llevaron a mejoras significativas en los parámetros estructurales, además de la reducción de peso deseada. El desplazamiento vertical máximo del ETM aumentó en un 8.6%, mientras que el estrés de von Mises disminuyó en un 10.43%. Además, el factor de seguridad mejoró de 1.3 a 1.5, lo que indica un diseño más seguro. La masa de la estructura se redujo en un 35.5%, logrando el objetivo principal de la optimización de topología.
Descripción
Se presenta un nuevo mecanismo para aletas de borde de salida que se transforman sin costuras en este documento. Este concepto de transformación inspirado en la biología se deriva del tronco de un elefante y se llama Mecanismo de Tronco de Elefante (ETM). La flexibilidad estructural del tronco de un elefante y su capacidad para realizar varios tipos de deformaciones lo convierten en una opción prometedora en la tecnología de transformación para aumentar el rendimiento de la deformación continua y suave hacia abajo en un borde de salida. Este mecanismo consiste en varios elementos en forma de dientes unidos a una caja de ala sólida; las contracciones de estos elementos en forma de dientes mediante fuerzas de actuación externas cambian la forma del borde de salida en dirección hacia abajo. Las principales fuerzas de actuación se aplican a través de cuerdas que pasan por los elementos en forma de dientes para generar las contracciones deseadas en los dientes flexibles. Se realiza un análisis estructural estático utilizando el Método de Elementos Finitos (FEM) para examinar este nuevo concepto de transformación y asegurar su viabilidad y estabilidad estructural. También se realiza una optimización de topología para encontrar la configuración óptima con el objetivo de reducir el peso estructural. El mecanismo optimizado se adjunta a la sección de aleta de un ala UAS-S45. Finalmente, se realiza un análisis de piel para encontrar su material de piel óptimo, que corresponde a los requisitos de la aleta transformable. Los resultados del análisis estructural y la optimización de topología revelan la fiabilidad y estabilidad del mecanismo propuesto para su aplicación en la aleta de Borde de Salida Transformable Sin Costuras (SMTE). Los resultados de la optimización llevaron a mejoras significativas en los parámetros estructurales, además de la reducción de peso deseada. El desplazamiento vertical máximo del ETM aumentó en un 8.6%, mientras que el estrés de von Mises disminuyó en un 10.43%. Además, el factor de seguridad mejoró de 1.3 a 1.5, lo que indica un diseño más seguro. La masa de la estructura se redujo en un 35.5%, logrando el objetivo principal de la optimización de topología.