Simulación y Modelado de las Respuestas Aerodinámicas de Aeronaves Rígidas a Distribuciones de Ráfagas Arbitrarias
Autores: Ghoreyshi, Mehdi; Greisz, Ivan; Jirasek, Adam; Satchell, Matthew
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Simulación y Modelado de las Respuestas Aerodinámicas de Aeronaves Rígidas a Distribuciones de Ráfagas Arbitrarias
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Ráfagas de viento
Respuestas aerodinámicas
Deformación estructural
Métodos computacionales
Perfiles de ráfagas
Modelos aerodinámicos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Las tensiones resultantes de las ráfagas de viento pueden exceder el valor límite y pueden causar deformaciones estructurales a gran escala o incluso fallos. Por lo tanto, todos los aviones certificados deben soportar las cargas aumentadas de ráfagas de considerable intensidad. Un gran factor de seguridad hará que la estructura sea pesada y menos económica. Así, la necesidad de una predicción precisa de las respuestas aerodinámicas a las ráfagas está motivada tanto por preocupaciones de seguridad como económicas. Este artículo presenta los esfuerzos para simular y modelar las respuestas aerodinámicas de vehículos aéreos a varios perfiles de ráfagas. Los métodos computacionales desarrollados y los resultados de la investigación jugarán un papel importante en el diseño estructural y la certificación del avión. Se utiliza como solucionador de flujo para simular las respuestas aerodinámicas a las ráfagas de viento. El código tiene una capacidad de condición de contorno definida por el usuario que se probó por primera vez en el presente estudio para modelar cualquier perfil de ráfaga (intensidad, dirección y duración) en cualquier configuración arbitraria. Los perfiles de ráfagas considerados incluyen borde afilado, uno menos coseno, una rampa y un 1-coseno utilizando datos tabulados que consisten en valores de intensidad de ráfaga en instantes de tiempo discretos. Los casos de prueba considerados son una placa plana, un perfil aerodinámico NACA0012 bidimensional y la configuración de dinámica aeroestructural de alto número de Reynolds (HIRENASD), que se asemeja a un típico avión de transporte de pasajeros grande. Se asume que los casos de prueba son rígidos y solo se consideran perfiles de ráfagas longitudinales, aunque los códigos desarrollados pueden modelar cualquier ángulo de ráfaga. Los resultados de simulación precisos en el tiempo muestran las respuestas aerodinámicas a diferentes perfiles de ráfagas, incluidas soluciones transitorias. Los resultados de la simulación muestran que las respuestas de borde afilado de la placa plana coinciden bien con la función aproximada de Küssner, pero las tendencias de otros casos de prueba no coinciden debido a las suposiciones de perfil delgado realizadas para derivar la función analítica. Luego se crean modelos aerodinámicos de orden reducido a partir de la integral de convolución de la amplitud de ráfaga y las respuestas precisas en el tiempo a ráfagas de borde afilado. Los modelos de convolución se utilizan a continuación para predecir las respuestas aerodinámicas a perfiles de ráfagas arbitrarios sin necesidad de ejecutar simulaciones precisas en el tiempo para cada forma de ráfaga. Los resultados muestran una muy buena concordancia entre los modelos desarrollados y los datos de simulación.
Descripción
Las tensiones resultantes de las ráfagas de viento pueden exceder el valor límite y pueden causar deformaciones estructurales a gran escala o incluso fallos. Por lo tanto, todos los aviones certificados deben soportar las cargas aumentadas de ráfagas de considerable intensidad. Un gran factor de seguridad hará que la estructura sea pesada y menos económica. Así, la necesidad de una predicción precisa de las respuestas aerodinámicas a las ráfagas está motivada tanto por preocupaciones de seguridad como económicas. Este artículo presenta los esfuerzos para simular y modelar las respuestas aerodinámicas de vehículos aéreos a varios perfiles de ráfagas. Los métodos computacionales desarrollados y los resultados de la investigación jugarán un papel importante en el diseño estructural y la certificación del avión. Se utiliza como solucionador de flujo para simular las respuestas aerodinámicas a las ráfagas de viento. El código tiene una capacidad de condición de contorno definida por el usuario que se probó por primera vez en el presente estudio para modelar cualquier perfil de ráfaga (intensidad, dirección y duración) en cualquier configuración arbitraria. Los perfiles de ráfagas considerados incluyen borde afilado, uno menos coseno, una rampa y un 1-coseno utilizando datos tabulados que consisten en valores de intensidad de ráfaga en instantes de tiempo discretos. Los casos de prueba considerados son una placa plana, un perfil aerodinámico NACA0012 bidimensional y la configuración de dinámica aeroestructural de alto número de Reynolds (HIRENASD), que se asemeja a un típico avión de transporte de pasajeros grande. Se asume que los casos de prueba son rígidos y solo se consideran perfiles de ráfagas longitudinales, aunque los códigos desarrollados pueden modelar cualquier ángulo de ráfaga. Los resultados de simulación precisos en el tiempo muestran las respuestas aerodinámicas a diferentes perfiles de ráfagas, incluidas soluciones transitorias. Los resultados de la simulación muestran que las respuestas de borde afilado de la placa plana coinciden bien con la función aproximada de Küssner, pero las tendencias de otros casos de prueba no coinciden debido a las suposiciones de perfil delgado realizadas para derivar la función analítica. Luego se crean modelos aerodinámicos de orden reducido a partir de la integral de convolución de la amplitud de ráfaga y las respuestas precisas en el tiempo a ráfagas de borde afilado. Los modelos de convolución se utilizan a continuación para predecir las respuestas aerodinámicas a perfiles de ráfagas arbitrarios sin necesidad de ejecutar simulaciones precisas en el tiempo para cada forma de ráfaga. Los resultados muestran una muy buena concordancia entre los modelos desarrollados y los datos de simulación.