Detección de Inestabilidades Aeroelásticas en “Sensorcraft” de Alas Unidas Mediante un Enfoque de Co-Simulación

Abstract

En este trabajo se presenta una herramienta de co-simulación para estudiar el comportamiento aeroelástico dinámico, inestacionario, y no-lineal de aviones no-tripulados, denominados sensorcraft, con una configuración de alas unidas. En el contexto de este trabajo, co-simulación se refiere a la operación de particionar/descomponer un sistema acoplado en varios subsistemas que son simulados separadamente (integrados numéricamente), con un apropiado intercambio de información para tener en cuenta el correcto acoplamiento, para instancias de tiempo discretas y predefinidas. La herramienta de co-simulación presentada en este artículo, combina dos subsistemas dinámicos, independientemente desarrollados, que interactúan entre sí hasta obtener la convergencia numérica requerida por el usuario. Uno de los sistemas dinámicos, denominado el modelo aerodinámico, se utiliza para obtener el flujo de aire alrededor del sensorcraft. El otro, denominado el modelo estructural, describe la evolución temporal del estado y la aceleración de las alas delanteras y traseras de la aeronave. Para poder capturar los aspectos físicos provenientes de la interacción fluido-estructura, el sistema dinámico acoplado es co-simulado mediante el computo separado de la deformación/velocidad/aceleración de las alas, y del campo de presiones/velocidad del flujo de aire, para luego ser combinados mediante una técnica de acoplamiento fuerte: se transfieren fuerzas desde el modelo aerodinámico hacia el modelo estructural, y se transfieren desplazamientos, velocidades, y aceleraciones desde el modelo estructural hacia el aerodinámico. Para transferir la información entre los dos sub-sistemas se emplean una técnica de interpolación y una técnica basada en el principio de los trabajos virtuales. Todas las ecuaciones gobernantes son integradas simultánea e interactivamente en el dominio del tiempo mediante un algoritmo predictor-corrector de cuarto orden. En este artículo se presenta cómo detectar, mediante resultados de simulaciones numéricas, la condición de operación crítica para la cual se produce una inestabilidad aeroelástica dinámica asociada a una configuración particular de sensorcraft con alas unidas.