Estudio experimental de efectos aeroelásticos en alas flexibles en flujo turbulento y de baja velocidad

Abstract

En el presente trabajo se analiza experimentalmente el fenómeno aeroelástico denominado flutter (flameo) sobre un ala sin comandos. Inicialmente se plantean las ecuaciones analíticas que representan el comportamiento físico del fenómeno para una placa plana sin ahusamiento, de acuerdo a la teoría de Theodorsen, mediante la cual se determinan la velocidad de viento y frecuencia de flutter. A los efectos de validar el modelo analítico, se instala en el túnel aerodinámico una placa plana de madera balsa comercial de 2 y de 4mm de espesor, empotrada en un extremo. Las características estructurales y las propiedades másicas del modelo se estiman mediante elementos finitos (FEM) y se verifican con ensayos experimentales, estáticos para verificar las rigideces y dinámicos para identificar las frecuencias propias, para lo cual se instrumenta el modelo con acelerómetros uni-axiales y se registra el movimiento con una cámara de alta velocidad. Estos ensayos permitieron validar el software de libre acceso para el análisis de movimiento mediante técnicas de seguimiento de puntos (tracking de video), con excelentes resultados. Los ensayos en túnel de viento verificaron tanto la velocidad de viento como la frecuencia del fenómeno estimados analíticamente para el caso de la placa plana, con lo cual se validan las herramientas de cálculo, la instrumentación y las condiciones para la ocurrencia del fenómeno. A partir de esta base, se propone la construcción de un ala que permita analizar experimentalmente, la influencia de los parámetros principales que determinan la ocurrencia de flutter; rigidez a flexión y torsional, distribución de masas externas, centro de giro de la sección, efectos de la intensidad de turbulencia del viento incidente, cambios de rigidez por flexión del ala y efectos de borde por el empotramiento. Estos resultados permitirán generar las correspondientes curvas en el espacio “Amortiguamiento-Velocidad”, en el cual se identifica la velocidad de ocurrencia de flutter para cada configuración.