Tesis doctoral de Felix Arevalo Lozano
La aeroelasticidad es la disciplina de la ingeniería aeronáutica que estudia la respuesta de vehículos flexibles sometidos a acciones aerodinámicas y, en el caso de aeronaves, requiere el acoplamiento de fuerzas inerciales, estructurales, aerodinámicas y de leyes de control (aeroservoelasticidad). la aproximación clásica considera modelos lineales, algo que puede no ser cierto en determinadas condiciones: nolinealidades estructurales por holgura o fricción en la rotación de las superficies de control, movimiento del combustible en los depósitos (fuel sloshing) en maniobras con elevados factores de carga de aviones de altas prestaciones, desprendimiento de corriente, flujo transónico o leyes de vuelo no lineales que depende de la condición de vuelo o de la maniobra. Las nolinealidades provocan inestabilidades aeroelásticas que no predicen los modelos lineales, como oscilaciones de ciclo límite o respuesta caótica, y que tienen influencia en la vida en fariga de los materiales o en las cualidades de vuelo de la aeronave. esta tesis desarrolla una metodología novedosa para el estudio en la etapa de diseño de una aeronave del efecto aeroerlástico de nolialedades estructurales concentradas. La metodología es aplicada a una configuración cuerpo/ala esbelta tipo misil. en una primera parte, se realiza una revisión bibliográfica de la literatura sobre el efecto de nolinealidades estructurales en la aeroelasticidad de aeronaves, incluyendo una revisión de las normas de certificación civiles y militares respecto a este tema. Se discute el estado del arte y las principales ventajas e inconvenientes de los distintos métodos de cálculo. en una segunda parte, se estudia el efecto de nolinealidades estructurales concentradas en la aeroelasticidad de configuraciones flexibles cuerpo/ala esbeltas, típicamente misiles, aunque la formulación es aplicable a otras configuraciones cono pods subalares o tanques de combustible exteriores. las nolinealidades estructurales, del tipo freeplay o hysteresis, se localizan en la unión misil-avión y en la toración de las aletas del misil. El modelo estructural en un midelo flexible tipo viga para el cuerpo del misil y aletas rígidas, el modelo inercial se basa en una masa distribuida por unidad de longitud y el modelo aerodinámico está basado en la teoría aerodinámica no estacionaria de cuerpos esbeltos. Se plantean las ecuaciones aeroelásticas del sistema en la formulación estado-espacio y se desarrolla un código fortan 90/matlab que las resuelve, incluyendo métodos de integración específicos para este tipo de sistemas nolineales y herramientas de postproceso e identificación de la respuesta. este código se denomina fhswb, acrónimo de freplay hysteresis on slender wing/body configurations, e incluye los siguientes módulos: módulo de planteamiento de ecuaciones aeroelásticas en el estado-espacio, módulo de integración en el dominio del tiempo real de respuesta, módulos de postproceso y análisis de señales (análisis de fourier, planos de fase, diagramas de bifurcación), y módulos para caracterización de respuestas de caótico (mapas de poincaré, tasa de dispersión o dira). el código fhswb es autocontenido para el diseño aeroelástico lineal/noloneal prelimiar de configuraciones esbeltas, y ha sido validado con resultados teóricos y experimentales de otros autores. Por otro lado, los módulos de integración, identificación, postproceso, análisis y caracterización de caos pueden integrarse en el sieño de configuraciones más complejas tipo aeronaves. El único requisito es recibir en formato estado-espacio las ecuaciones aeroelásticas del sistema. los principales resultados de esta tesis son: 1. Resumen del estado del arte en el tratamiento teórico y experimental de las nolinealidades estructurales desde el punto de vista aeroelástico. 2. Revisión del normas de certificación (civiles y militares) con respecto al tratamiento de las nolinealidades estructurales. 3. Desarrollo teórico de una formulación estado-espacio de las ecuaciones aerolelásticas de una configuración cuerpo/ala esbelta, 4. Desarrollo de un código autocontenido (fhswb) para el diseño aeroelástico preliminar de una configuración cuerpo/ala esbelta, incluyendo el cálculo de los coeficientes aerodinámicos, cálculo de la aeroelasticidad lineal en presencia de nolinealidades estructurales concentradas del tipo freeplay u hysteresis. 5. Desarrollo de herramientas para la integración en el tiempo, postproceso y análisis de la respuesta di sistemas aeroelásticos nolineales, aplicables a todo tipo de configuraciones, con la única condición de conocer sus ecuaciones aerielásticas en la formulación estado-espacio.
Datos académicos de la tesis doctoral «Aeroelasticidad de una aeronave en presencia de nolinealidades estructurales concentradas«
- Título de la tesis: Aeroelasticidad de una aeronave en presencia de nolinealidades estructurales concentradas
- Autor: Felix Arevalo Lozano
- Universidad: Politécnica de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 14/07/2008
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- fogeda Núñez García
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Jesús Lopez diez
- eduardo Sanchiz garrote (vocal)
- héctor Climent máñez (vocal)
- damian Rivas rivas (vocal)