Análisis aerodinámico de perfiles con múltiples superficies para control y redirección de flujo

Abstract

En este trabajo se presenta un modelo numérico inestacionario y no-lineal para el cómputo de las cargas aerodinámicas y el análisis del flujo alrededor de perfiles aerodinámicos con múltiples superficies de control distribuidas a lo largo del contorno. La acción de estos elementos de control intenta asemejarse a la de las plumas en las alas de las aves, las cuales redireccionan el flujo de aire entre ellas para lograr mayor control, estabilidad y maniobrabilidad. El interés en este tipo de perfiles con múltiples superficies actuadoras inspiradas en el vuelo natural es debido a su potencial aplicación en vehículos aéreos no-tripulados (UAVs) inteligentes con alas que cambian de forma y configuración (morphing-wings). El modelo aerodinámico desarrollado y presentado en este trabajo está basado en la versión bidimensional del método de red de vórtices no-lineal e inestacionario. El método de red de vórtices inestacionario permite estimar la generación y evolución espacio-temporal de las estelas vorticosas originadas en los bordes afilados de los sólidos inmersos, así como la interacción aerodinámica entre éstas y las superficies sólidas que encuentran en su recorrido. Finalmente, el método permite estimar las cargas aerodinámicas sobre todas las superficies sólidas. En este esfuerzo, se estudian diversos patrones de accionamiento de las superficies de control y se analizan las características del flujo generado y las cargas aerodinámicas resultantes a distintos ángulos de ataque del perfil. Se estudian, no sólo las características estacionarias de las configuraciones, sino también, las inestacionarias a través de la evolución de las estelas. En todos los casos las superficies de control poseen movimientos prescritos. Un tipo de actuación consiste en el movimiento de la superficie de control hasta que adquiere un ángulo determinado, el cual permanece fijo posteriormente. Otro tipo de actuación presentada a modo ilustrativo consiste en el movimiento periódico de las superficies. Esto último, como paso previo a la futura modelación del fenómeno de interacción fluido-estructura que resultaría si las articulaciones de las superficies móviles tuvieran rigidez no infinita como en los casos aquí presentados.