Implementación de modelos no lineales para coeficientes aerodinámicos de las palas de un decelerador de alas rotatorias

Abstract

Los pararrotores son deceleradores aerodinámicos conformados por alas giratorias en régimen de autorrotación. Este tipo de dispositivo puede ser utilizado para la realización de una variedad de tareas en las que se requiera la utilización de vehículos aéreos no tripulados en descenso: recuperación de sondas espaciales, caracterización de parámetros atmosféricos e incluso guiado de proyectiles. La particularidad que presentan los dispositivos estudiados en este trabajo es el pequeño alargamiento y el bajo número de Reynolds en el que operan las palas, con lo que se constituye este singular régimen aerodinámico. En investigaciones previas se desarrolló un modelo teórico para determinar las fuerzas y momentos aerodinámicos generados por el efecto de la variación cíclica y colectiva del ángulo de paso de las palas. Estas acciones son estimadas mediante un modelo llamado “completo de la pala”, obteniéndose una expresión matemática que permite conocer la fuerza y el momento a lo largo de una vuelta. Distintos modelos de coeficientes aerodinámicos son implementados para la evaluación de las fuerzas y momentos que afectan al pararrotor: se utilizan modelos con coeficientes constantes, y con variaciones lineales y no lineales para palas de pequeño alargamiento. Los resultados en el desempeño del pararrotor son comparados a través de la evaluación de la evolución de las variables de estado que describen el comportamiento del dispositivo.

Pararotors are aerodynamics decelerators builded by rotary wings on autorotation regime. This kind of devices can be used for the execution of a variety of tasks in which unmanned aerial vehicles should be required: spacecraft recovery, atmospheric characterization and even guide of projectiles. The particularity that shows the studied devices in this work are the low aspect ratio and the low Reynolds number at the blades operate, which make up this singular aerodynamic regime. In previous works, a force and moment theoretical model had been developed, including the effects of the collective and cyclic pitch variations. These actions are estimated by means a “complete model” of the blade, which give rise to a mathematical expression that allows obtain the force and moment around a complete turn. Several aerodynamical models are implemented for the force and moment evaluation: constant coefficients and linear and nonlinear models are used. The results on the pararotor behavior are compared trough the evaluation of the state variables evolution which describes the device behavior.