Diseño de un perfil aerodinámico morfológicamente variable

Abstract

El concepto de morfología aplicado a las alas de aeronaves está relacionado con la habilidad de una estructura de cambiar su geometría, para adaptarse a diferentes condiciones de vuelo. Esto con el fin de incrementar el rendimiento, reduciendo la cantidad de combustible y aumentando su tiempo de operación. Este trabajo tiene como propósito describir los procedimientos llevados a cabo para la generación y posterior evaluación del diseño conceptual y detallado de un perfil aerodinámico de morfología variable. Se toma como punto de inicio diseños creados con anterioridad por diferentes autores y se procede a realizar el desarrollo de conceptos propios de diseño. Después de esto, se realiza un proceso de decisión, utilizando diferentes requerimientos de ingeniería, se determina el concepto global dominante; el cual está basado en un mecanismo flexible para deformar el borde de fuga del perfil aerodinámico, para su posterior análisis por medios numéricos. Se genera una metodología de optimización de dos niveles para el desarrollo del mecanismo flexible. En el primer nivel, la mejor forma del perfil aerodinámico es obtenida por medio de un proceso de optimización multiobjetivo. En el segundo nivel, la mejor configuración estructural es obtenida por medio de optimización topológica. Por último, se realizan varios análisis por medio de dinámica de fluidos computacional usando el software OpenFoam, donde se hace uso del modelo de turbulencia K-Omega SST. (Texto tomado de la fuente)

The concept of morphology applied to the wing of an aircraft is related to the capacity of a structure to change its geometry according to different flight conditions. The morphology is used to increase the performance of the aircraft in both, reducing the fuel consumption or increasing the endurance of a mission profile. This work describes the methods to generate and evaluate the conceptual and detailed design of a morphing airfoil. From a bibliographic review of design concepts previously created by different authors, the development of design concepts is carried out. After that, a decision process takes place; using different engineering requirements, the dominant global concept is determined, which is based on a compliant mechanism to deform the trailing edge of the airfoil, for subsequent numerical analysis. Furthermore, a two-level optimization methodology is elaborated for the development of the compliant mechanism. At the first level, the best aerodynamic shape is obtained through a multi-objective optimization process. At the second level, the best structural configuration is obtained using topological optimization. Finally, several analyzes are performed by means of computational fluid dynamics using the software OpenFoam, where the K-Omega SST turbulence model is used.