Características aerodinámicas de aviones no tripulados con alas que mutan

Abstract

En este trabajo se estudia el comportamiento aerodinámico no-lineal e inestacionario de vehículos aéreos no tripulados (UAVs) inspirados en el vuelo natural con alas que cambian de forma dinámicamente (morphing-wings). El análisis se realiza a través de una herramienta numérica de alta fidelidad que permite comprender el comportamiento aerodinámico de estos tipos de UAVs. Para abordar el problema se utiliza un modelo aerodinámico no-lineal e inestacionario, un modelo cinemático y un método para acoplar ambos modelos. En los regímenes de vuelo de los UAVs, caracterizados por un alto número de Reynolds, es posible considerar que la vorticidad se encuentra confinada en una capa muy delgada adherida al ala denominada capa límite. Esta hipótesis permite implementar un método conocido como “non-linear unsteady vortex-lattice method ” ( NUVLM), una generalización del “vortex-lattice method ” ampliamente utilizado para el cálculo de flujos incompresibles y estacionarios. Este método de la dinámica de fluidos tiene en cuenta las no-linealidades aerodinámicas asociadas con grandes ángulos de ataque, deformaciones estáticas, flujos dominados por vorticidad, y comportamiento no-estacionario. En la primera parte del trabajo se describe el desarrollo de una herramienta numérica que utiliza el NUVLM, complementado con un modelo cinemático para alas de UAVs que mutan dinámicamente y posteriormente, por medio de simulaciones numéricas se estudian las características aerodinámicas en situaciones en que el ala se reconfigura geométricamente de manera dinámica variando, simultáneamente o de manera independiente, su ángulo de flecha y/o su ángulo de diedro.