Diseño de comandos aerodinámicos mediante sistema de shape-morphing en flujo turbulento de bajo Reynolds

Abstract

Los avances en los últimos años en los desarrollos de vehículos autónomos tipo UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) y MAVs (Micro-Aerial Vehicles) han aumentado el interés en el estudio de la aerodinámica de bajo Reynolds. En estas condiciones de flujo, ocurren fenómenos que tienden a disminuir la performance aerodinámica, sumado problemáticas propias de las condiciones de operación, que exigen sistemas de control ágiles y eficientes. Los comandos aerodinámicos convencionales llevados a estas condiciones de flujo se encuentran limitados, debido a que se basan en superficies móviles que producen discontinuidades geométricas y ranuras sobre el perfil aerodinámico, que puede llevar al desprendimiento prematura de la capa límite y la consecuente disminución de su eficiencia aerodinámica. Debido a esto, surge el concepto de diseño de comandos aerodinámicos no convencionales, como es el caso de los sistemas de comandos por shape-morphing del ala. Estos sistemas se basan en producir la variación completa de la curvatura del perfil aerodinámico del ala, de forma suave y continua, mejorando la performance del comando, retrasando fenómenos de desprendimiento de la capa límite y reduciendo la resistencia. En la actualidad existen diversos métodos para producir variaciones geométricas del perfil alar, siendo los más estudiados actuadores piezoeléctricos y mecánicos. Dependiendo de la aplicación, los sistemas mecánicos representan una alternativa que trae ventajas. Permiten simplificar la implementación, requiriendo actuadores mecánicos y componentes, comparativamente de bajo costo respecto otros sistemas, que se pueden instalar dentro de una estructura mecánica deformable diseñada de acuerdo con el tipo de variación geométrica deseada. Además, poseen una velocidad de respuesta adecuada para su aplicación en deformaciones estáticas para su uso como comando. En base a esto, en este trabajo se presenta el diseño y construcción de un modelo de ala con un sistema de comando por shape-morphing para variar la curvatura del perfil aerodinámico. Para esto, se diseñan modelos con diferentes geometrías y mecanismos de deformación, con el fin de hallar uno que permita un cambio de curvatura deseado con el menor esfuerzo mecánico posible.