Programación Orientada a Objetos Aplicada a Simulaciones de Flujos Dominados por Vorticidad. Parte 2: Ejemplos de Aplicación

Abstract

Recientemente, los vehículos aéreos no tripulados han mostrado una creciente difusión en diversos campos de aplicación, tanto civiles como militares, lo cual ha llevado a continuas mejoras de diseño. Su estudio mediante simulaciones numéricas requiere de herramientas robustas, versátiles y eficientes. En este trabajo, utilizando el Método de Red de Vórtices No-lineal e Inestacionario, se analizan aerodinámicamente dos tipos de drones. En primer lugar, se estudia un vehículo tipo multi-rotor (cuadricóptero), para el cual se consideran tres tipos de rotores y dos condiciones de vuelo, con el objetivo de poner a punto y evaluar la factibilidad de la herramienta de simulación. En segundo lugar, un vehículo tipo ala volante, para el cual se calculan coeficientes aerodinámicos de sustentación y momento de cabeceo. En ambos casos se obtienen como resultados adicionales el campo de movimiento del fluido alrededor del dron y la distribución de presiones sobre las superficies, arribando a la conclusión que las simulaciones de flujos dominados por vorticidad son más que adecuadas para estudiar el comportamiento aerodinámico de estos vehículos aéreos.

In the last few decades, small-scale unmanned aerial vehicles have been used for many applications, such as surveillance and reconnaissance by military and law enforcement agencies, as well as search and rescue missions in urban environments. The designs of these devices are continuously improved. This requires robust, versatile and efficient computational simulation tools in order to sustain the ongoing developments. In this work, two types of drones are aerodynamically analyzed with the Nonlinear Unsteady Vortex Lattice Method. Firstly: for a multi-rotor vehicle (quadcopter) three rotor alternatives and two flight conditions are considered, in order to adjust the simulation and evaluate its feasibility. Secondly: a flying-wing-type vehicle, for which lift and pitching aerodynamic coefficients are calculated. Moreover, in both cases, the velocity field around the drone and the pressure distributions are obtained as additional results. These outcomes allow one to conclude that simulations of vorticity dominated flows are more than adequate for studying the aerodynamic behavior of these devices.