Simulaciones de alta fidelidad de la dinámica de vuelo y la trayectoria de un sistema de paracaídas y carga útil que sale del avión C-17
Autores: Ghoreyshi, Mehdi; Bergeron, Keith; Seidel, Jürgen
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Simulaciones de alta fidelidad de la dinámica de vuelo y la trayectoria de un sistema de paracaídas y carga útil que sale del avión C-17
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Dinámica de vuelo
Análisis de trayectoria
Sistema de paracaídas y carga
Avión C-17
Contenedores CONEX
Software de simulación Kestrel
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 39
Citaciones: Sin citaciones
Este artículo examina la dinámica de vuelo y el análisis de trayectoria de un sistema de paracaídas-carga desplegado desde un avión C-17. El avión se modela con una puerta de carga abierta, flaps extendidos y cuatro motores turbo-fan operando a una altitud de 2000 pies sobre el nivel del suelo (AGL) y una velocidad del aire de 150 nudos. Las cargas consisten en contenedores CONEX simplificados que miden 192 pulgadas o 240 pulgadas de longitud, 9 pies de ancho y 5.3 pies de altura, con su masa y momentos de inercia especificados. A ángulos de cubierta positivos, las fuerzas gravitacionales hacen que estas cargas comiencen un descenso gradual desde la parte trasera del avión. Para los aviones en ángulo de cubierta cero, se utiliza un paracaídas de ranura anular con aproximadamente un 20% de porosidad geométrica para extraer la carga del avión. Este estudio emplea específicamente el software de simulación CREATE-AV Kestrel para modelar el sistema de paracaídas-carga. Las líneas de extracción y suspensión se representan utilizando la capacidad de catenaria de Kestrel, con la línea de extracción conectada a los puntos de confluencia flotantes del contenedor CONEX y el paracaídas. El paracaídas y la carga experimentarán un movimiento acoplado, lo que permitirá un análisis en profundidad de la dinámica de vuelo y la trayectoria de ambos elementos. Los datos de trayectoria obtenidos se compararán con los de una carga (sin paracaídas ni cables) que sale del avión a ángulos de cubierta positivos. Se aplica una técnica de refinamiento de malla adaptativa para capturar con precisión el flujo de escape del motor y la estela generada por el C-17, el paracaídas y las cargas. Se estiman las fuerzas de fricción y de eyección para alinear la velocidad de salida y el tiempo con los registrados durante las pruebas de vuelo. Los resultados indican que la simulación de cargas extraídas se alinea con las tendencias esperadas observadas en las pruebas de vuelo. Notablemente, ángulos de cubierta más altos resultan en distancias más largas desde la rampa, lo que lleva a velocidades de salida aumentadas y tasas de rotación de carga reducidas. Todas las cargas exhiben rotación en el sentido de las agujas del reloj al salir de la rampa. El método de extracción del paracaídas produce velocidades de salida significativamente más altas y tiempos de salida más cortos, mientras que la aceleración carga-paracaídas se correlaciona con la resistencia prevista del paracaídas, como se demostró en estudios anteriores.
Descripción
Este artículo examina la dinámica de vuelo y el análisis de trayectoria de un sistema de paracaídas-carga desplegado desde un avión C-17. El avión se modela con una puerta de carga abierta, flaps extendidos y cuatro motores turbo-fan operando a una altitud de 2000 pies sobre el nivel del suelo (AGL) y una velocidad del aire de 150 nudos. Las cargas consisten en contenedores CONEX simplificados que miden 192 pulgadas o 240 pulgadas de longitud, 9 pies de ancho y 5.3 pies de altura, con su masa y momentos de inercia especificados. A ángulos de cubierta positivos, las fuerzas gravitacionales hacen que estas cargas comiencen un descenso gradual desde la parte trasera del avión. Para los aviones en ángulo de cubierta cero, se utiliza un paracaídas de ranura anular con aproximadamente un 20% de porosidad geométrica para extraer la carga del avión. Este estudio emplea específicamente el software de simulación CREATE-AV Kestrel para modelar el sistema de paracaídas-carga. Las líneas de extracción y suspensión se representan utilizando la capacidad de catenaria de Kestrel, con la línea de extracción conectada a los puntos de confluencia flotantes del contenedor CONEX y el paracaídas. El paracaídas y la carga experimentarán un movimiento acoplado, lo que permitirá un análisis en profundidad de la dinámica de vuelo y la trayectoria de ambos elementos. Los datos de trayectoria obtenidos se compararán con los de una carga (sin paracaídas ni cables) que sale del avión a ángulos de cubierta positivos. Se aplica una técnica de refinamiento de malla adaptativa para capturar con precisión el flujo de escape del motor y la estela generada por el C-17, el paracaídas y las cargas. Se estiman las fuerzas de fricción y de eyección para alinear la velocidad de salida y el tiempo con los registrados durante las pruebas de vuelo. Los resultados indican que la simulación de cargas extraídas se alinea con las tendencias esperadas observadas en las pruebas de vuelo. Notablemente, ángulos de cubierta más altos resultan en distancias más largas desde la rampa, lo que lleva a velocidades de salida aumentadas y tasas de rotación de carga reducidas. Todas las cargas exhiben rotación en el sentido de las agujas del reloj al salir de la rampa. El método de extracción del paracaídas produce velocidades de salida significativamente más altas y tiempos de salida más cortos, mientras que la aceleración carga-paracaídas se correlaciona con la resistencia prevista del paracaídas, como se demostró en estudios anteriores.