Una Revisión de los Diferentes Modelos Estructurales para Alas Batientes de Micro-Vehículos Aéreos

Abstract

El objetivo principal de este artículo es presentar una revisión de los distintos modelos estructurales que han sido usados para representar el comportamiento de las alas batientes de microvehículos aéreos (MAVs). En la primera parte del trabajo, se presenta información general acerca del estado del arte de los MAVs. Si bien existen diversos tipos de MAVs, este artículo se basa en los modelos de alas que pueden ser aplicados en MAVs de alas batientes. Durante las últimas dos décadas, el desarrollo de estos MAVs ha atraído el interés de científicos de distintas áreas debido a sus interesantes aplicaciones tanto civiles como militares. El diseño de estos MAVs está inspirado en insectos y aves pequeñas ya que estas criaturas desarrollan extraordinarias capacidades de vuelo. Las pequeñas longitudes características que caracterizan a estos vehículos junto con el movimiento batiente de sus alas dan lugar a flujos de bajo número de Reynolds y consecuentemente los mecanismos de vuelo difieren mucho respecto a los presentes en la teoría aerodinámica clásica. Una práctica habitual para poder establecer criterios en cuanto a la importancia relativa de los fenómenos que intervienen durante el vuelo de los insectos, es realizar simulaciones numéricas. Con el fin de que éstas sean de utilidad en el diseño de MAVs deben representar la realidad física de una manera fiel y, necesariamente incluir, la interacción que ocurre entre los fenómenos aerodinámicos y el comportamiento estructural de las alas. De hecho, en estas interacciones se encuentra la explicación a algunos de los mecanismos especiales de generación de sustentación que tienen lugar en el vuelo de algunos insectos y otras criaturas voladoras. Los modelos estructurales para alas de insectos, que han sido documentados en la literatura especializada, van desde simples modelos físicos hasta complejas formulaciones numéricas; en el medio se encuentran simples aproximaciones basadas en aproximaciones analíticas. En los simples modelos físicos, como en los analíticos, se pierde generalidad debido a que se limitan exclusivamente a las geometrías sencillas para los que fueron especialmente desarrollados. Entre las técnicas numéricas, el método de elementos finitos es el más utilizado para resolver este tipo de problemas dado que permite incluir en su formulación geometrías complejas, variaciones espaciales de las propiedades, comportamiento no-lineal y control de la dinámica de la estructura. En esta revisión se presentan algunos modelos pertenecientes a los diversos enfoques mencionados anteriormente junto con sus limitaciones y las hipótesis asumidas para su formulación.