Un modelo cinemático para describir el cambio de forma de alas multifuncionales formadas por nervaduras

Abstract

En el ámbito aeroespacial, el concepto de alas que cambian de forma (“morphing wings”) cuenta con un vasto potencial para múltiples aplicaciones. En este trabajo se presenta un modelo que permite estudiar los aspectos cinemáticos del cambio de forma de superficies aerodinámicas multifuncionales. Inspiradas en las alas de algunos insectos, las superficies sustentadoras se representan como un sistema o patrón de nervaduras o venas flexibles (“wing venation system”) que cambian dinámicamente de forma para optimizar la distribución de cargas aerodinámicas asociadas a los distintos estadíos de vuelo. Este sistema de nervaduras da soporte y controla la forma de una membrana o superficie sustentadora per se. El sistema patrón se encuentra formado por una nervadura principal que se desarrolla en el sentido de la envergadura, y por una serie de nervaduras secundarias que se desarrollan en el sentido de la cuerda. Las nervaduras secundarias se conectan rígidamente a la nervadura principal. En este marco, el sistema de nervaduras se modela como un conjunto de curvas inextensibles. Los resultados obtenidos muestran que la metodología propuesta permite representar la cinemática de diversas configuraciones del patrón de nervaduras y, por consiguiente, utilizarla para simular cambios dinámicos de forma en superficies sustentadoras.

In the aerospace context, the morphing wing concept has shown a great potential for numerous applications. In this work, we present a kinematic model to address the shape control of multi-functional aerodynamic surfaces. Wings inspired by biology are usually represented by means of a flexible venation system. Such wings can dynamically control their configuration in order to optimize the load distribution for different flight conditions. The multi-vein system is formed by a main spanwise nervure and a set of transversal chordwise nervures. Furthermore, the veins are numerically modeled as inextensible curves. Throughout a series of simulations, the proposed approach has proven to be an effective tool for not only representing several configurations, but also for capturing the dynamic changes in the shape of lifting surfaces.