Implementación del Método de Red de Vórtices No-Lineal e Inestacionario para Estudiar la Aerodinámica de las Alas Batientes

Abstract

En este trabajo se presenta el desarrollo de una herramienta de simulación numérica que permite estudiar el comportamiento aerodinámico no-lineal e inestacionario de micro-vehículos aéreos no-tripulados (MAVs) de alas batientes inspirados en la biología. El problema es atacado mediante la introducción de un modelo aerodinámico que predice el campo de movimiento del fluido alrededor de las alas, y permite captar fenómenos altamente no lineales e inestacionarios inherentes a los mecanismos de vuelo que utilizan los insectos, producto del complejo movimiento que experimentan sus alas a lo largo de un ciclo de batimiento. El modelo aerodinámico implementado es una versión ampliada y modificada del método conocido como unsteady vortex-lattice method (UVLM), una generalización del vortex-lattice method, ampliamente utilizado para el cálculo de flujos incompresibles y estacionarios. Esta técnica de la dinámica de fluidos tiene en cuenta las no-linealidades aerodinámicas asociadas con grandes ángulos de ataque, deformaciones estáticas, flujos dominados por vorticidad, y comportamiento noestacionario. La cinemática empleada como señal de entrada al UVLM es la que desarrolló Dickinson para mover un robot a escala de una mosca doméstica (Robofly). Las no-linealidades inherentes a la cinemática utilizada permiten analizar movimientos del ala que incluyen grandes ángulos y grandes desplazamientos productos del movimiento del eje longitudinal de cada ala y del movimiento de torsión que lo acompaña. Para obtener la evolución temporal de los coeficientes aerodinámicos de sustentación y resistencia inducida se utiliza la versión inestacionaria de la ecuación de Bernoulli. Este esfuerzo es parte de un proyecto de mayor envergadura cuyo objetivo final es desarrollar y evaluar tecnologías de avanzada y conceptos de la sinergia que permitan lograr micro-vehículos aéreos (MAVs) no-tripulados de alas batientes inspirados en la biología altamente eficientes.