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Una adaptación de modelos aerodinámicos no lineales para efectores de control no tradicionales

Autores: Bolander, Christian R.; Hunsaker, Douglas F.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Una adaptación de modelos aerodinámicos no lineales para efectores de control no tradicionales


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Modelo aerodinámico
BIRE
Estabilizador
Sinusoidal no lineal
Efectores de control
Diseño de aeronaves

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 17

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este documento presenta el desarrollo de un modelo aerodinámico novedoso diseñado para el Empennaje Rotatorio Bioinspirado (BIRE), un empennaje de aeronave de ala fija no tradicional inspirado en el vuelo de las aves. El BIRE reemplaza el estabilizador vertical convencional con un grado adicional de libertad para el estabilizador horizontal, que se permite rotar alrededor del eje fijo del cuerpo. Este empennaje es similar a la cola de un pájaro y permite el control de momentos longitudinales y laterales. Sin embargo, tal diseño introduce interacciones aerodinámicas longitudinales y laterales no lineales complejas, que no se tienen en cuenta en la mayoría de los modelos aerodinámicos de aeronaves de ala fija por debajo del punto de pérdida. Este trabajo presenta un modelo aerodinámico sinusoidal no lineal que se puede utilizar para aeronaves de ala fija con este tipo de empennaje. Aunque el modelo aerodinámico se construye para capturar con precisión los grados de libertad de este diseño particular de empennaje, se podrían utilizar métodos similares para desarrollar otros modelos aerodinámicos para efectores de control no tradicionales. Se generó un gran conjunto de datos de datos aerodinámicos de baja fidelidad utilizando un algoritmo moderno de línea de elevación numérica, y estos datos se ajustaron al modelo aerodinámico sinusoidal no lineal. Se demuestra un método para ajustar los datos, y los resultados muestran que el modelo aerodinámico sinusoidal no lineal se puede ajustar a los datos con una precisión de menos del 10% de la desviación máxima de los coeficientes aerodinámicos en error cuadrático medio. Se discuten en detalle la física subyacente de muchas de las propiedades aerodinámicas sinusoidales no lineales longitudinales y laterales de la aeronave. La metodología presentada aquí se puede extender a otros efectores de control no tradicionales, fomentando enfoques innovadores en el modelado aerodinámico y el diseño de aeronaves. En contraste, optar por modelar efectores de control utilizando el enfoque tradicional y lineal puede oscurecer comportamientos aerodinámicos clave para análisis de trimado y control. Los hallazgos del estudio subrayan la importancia de desarrollar modelos aerodinámicos adaptables para apoyar el avance de los diseños de aeronaves de próxima generación y sistemas de control.

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