Simulación numérica no lineal de una sección alar típica con oscilaciones autoexcitadas

Abstract

La respuesta de estructuras flexibles a solicitaciones de origen aerodinámico es generalmente de naturaleza no lineal. La característica del comportamiento aeroelástico depende, no solo, de las propiedades de los subsistemas involucrados (estructural y aerodinámico) sino también de la manera en que estos dos subsistemas se combinan. La respuesta no lineal de una sección alar con dos grados de libertad ha sido ampliamente estudiada. La importancia del análisis de sistemas aeroelásticos radica en su capacidad para predecir la respuesta de algunos componentes críticos de una aeronave. Por ejemplo, la pérdida de rigidez en las superficies de control es causa de niveles inaceptables de vibraciones de la aeronave. Estas vibraciones deben ser evitadas, pues la transición entre vibraciones indeseables y flutter es en general difusa. Y como es sabido, el flutter de las superficies de control puede dañarlas provocando la pérdida de la aeronave. En este trabajo se estudia numéricamente la dinámica no lineal de un sistema aeroelástico con comportamiento estructural no lineal cúbico y “juego” en la rigidez torsional de la sección alar. El modelo de orden reducido emplea las hipótesis de la conocida “sección tí- pica”. Las cargas aerodinámicas se obtienen mediante el uso de un método de red de vórtices bidimensional, inestacionario y no lineal. Las ecuaciones que gobiernan el sistema aeroelástico son integradas numérica, simultánea, e interactivamente en el dominio del tiempo. El modelo desarrollado permite determinar la amplitud y la frecuencia de las vibraciones autoexcitadas inducidas por el cambio en la rigidez torsional, la incidencia en la velocidad de flutter del sistema aeroelástico, y la aparición de ciclos límite. Los resultados provenientes de las simulaciones numéricas muestran una importante correlación con los obtenidos por otros autores, además el modelo matemático presentado en este trabajo resulta ser más eficiente y preciso, en particular para los casos altamente no lineales.