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domingo, 8 de agosto de 2010

La aeroelásticidad y los fenomenos aeroelásticos.

Contornos y lineas de flujo Mach, para una simulación aeroelástica a 0.9 Mach
El color indica la variación local del número de Mach (incrementando de azul a rojo) en la superficie de la aeronave.
Caracas, 07/08/2010, Aeroblog.- La Aeroelasticidad es la ciencia entre la cual estudia la interacción de inercia, elástico, y aerodinámico fuerzas. Fue definido por Collar en 1947 como “el estudio de las fuerzas mutuas de la interacción que ocurre dentro del triángulo del de inercia, elásticos, y aerodinámicas que actuaban en miembros estructurales expuso a una corriente aérea, y a la influencia de este estudio en diseño.”
La aeroelasticidad es la disciplina de la ingeniería aeronáutica que estudia la respuesta de vehículos flexibles sometidos a acciones externas 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 dependen de la condición de vuelo o de la maniobra.  

La aeroelasticidad constituye un núcleo central que se apoya en tres pilares básicos: la mecánica de los sólidos (resistencia de materiales), la mecánica y la dinámica de fluidos. Estudiar un fenómeno aeroelástico implica analizar la interacción existente entre las deformaciones estructurales de la estructura y las cargas aerodinámicas dependientes de la misma. Las estructuras modernas de los aviones no son completamente rígidas y el fenómeno aeroelástico se presenta cuando las deformaciones estructurales inducen cambios en las fuerzas aerodinámicas. Las fuerzas aerodinámicas adicionales conllevan un incremento en las deformaciones estructurales, que a su vez provocan fuerzas aerodinámicas mayores. Estas interacciones pueden volverse gradualmente más pequeñas hasta llegar a una condición de equilibrio, o pueden diverger de forma catastrófica.

La aeroelasticidad se puede dividir en dos campos de estudio: aeroelasticidad estática (divergencia e inversión de mando) y dinámica (flameo, respuesta dinámica y bataneo).

Aeroelasticidad estática  
La aeroelasticidad estática aborda la interacción existente entre fuerzas elásticas y aerodinámicas sin considerar las propiedades de masa. La existencia de grandes deformaciones no constituye necesariamente un problema pero éstas han de ser consideradas durante el proceso de diseño de forma que se garantice el buen funcionamiento de la aeronave. Dentro de la aeroelasticidad estática destacan:

Divergencia. Constituye una inestabilidad estática aeroelástica que puede conducir a fallos estructurales. Está causada por el hecho de que las fuerzas aerodinámicas superan a las fuerzas elásticas de la estructura. Sometida a cargas aerodinámicas, la estructura de la aeronave se deforma de manera que las cargas aerodinámicas aumentan. Al llegar a una velocidad crítica de la aeronave respecto al viento, la deformación autoamplificada puede concluir en fallo estructural.

Eficiencia reducida de las superficies de control o inversión de mando. La reducción de la eficiencia de las superficies de control a alta velocidad causadas por deformaciones estructurales es uno de los mayores problemas para la aeronave. Las propiedades de estabilidad y control de la aeronave dependen en gran medida de la distribución aerodinámica de carga.

Para una superficie de levantamiento (tal como el ala o el empenaje), el problema central es el efecto de la deformación. A velocidades de vuelo pequeñas, las deformaciones son minimas y no representan un peligro real, sin embargo, a velocidades grandes, el efecto de dichas deformaciones puede volverse tan serio al grado de causar la inestabilidad del ala, volver una superficie de control inefectiva e incluso invertir el sentido de los mandos.
Aeroelasticidad dinámica
La aeroelasticidad dinámica estudia la interacción entre las fuerzas aerodinámicas, elásticas e inerciales. Dentro del concepto de aeroelasticidad dinámica, se han de reseñar tres fenómenos:

Flameo. Es uno de los fenómenos aeroelásticos más conocidos. El sistema aeroelástico ofrece propiedades dinámicas que bajo ciertas condiciones conducen a oscilaciones. Es una vibración autoinducida que ocurre cuando una superficie sustentadora se dobla bajo una carga aerodinámica. Una vez que la carga se reduce, la desviación también se reduce, restaurando la forma original; esto a su vez restaura la carga original y empieza así el ciclo nuevamente.
En su forma más inofensiva puede aparecer como un "zumbido" en la estructura del avión, pero en la más violenta se puede detonar incontrolablemente a gran velocidad y causar grandes daños o incluso la destrucción de la aeronave.Quizás, el ejemplo más “tristemente” famoso de l “flutter”,  es el del puente Tacoma Narrows, en el Estado de Washington (EE. UU.), que comenzó a oscilar, autoexcitado, hasta que se destruyó totalmente. 

Respuesta dinámica. Constituye la respuesta de una aeronave a ráfagas y demás alteraciones atmosféricas externas.

Bataneo (Buffet). Es una inestabilidad a altas frecuencias asociada a una vibración forzada aleatoria.






ADN/Aeroblog.

Fuente(s): 

5 comentarios:

  1. Hola, soy estudiante memorista de Ing. Aeroespacial de la Universidad de Concepcion, Chile. Estoy trabajando mi memoria en un analisis aeroelastico usando aswing (el codigo de Mark Drela). Encontré que ustedes también lo habían usado en un proyecto de un avion no tripulado, quisiera preguntarte si hay alguien por aquí que lo ha usado, pues tengo ciertos problemas con su uso, desde ya gracias

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    1. Hola disculpa ha pasado mucho tiempo, necesito ayuda urgente debo cacular las fuerzas aeroelasticas y el efecto flutter en un ala de avion, puedo hacerlo con programas de elementos finitos, me podrías ayudar por favor, sabes como podría hacerlo? Muchas gracias por tu respuesta.

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  2. agrega este correo: andreas.ddelnogal@gmail.com Vamos a hablar acerca del programa, yo soy integrante del grupo que comentas que usó el código.

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  3. quisiera saber mas cosas de aeroelasticidad

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  4. hola, estoy interesado en el tema de aeroelasticidad más especificamente en el flutter, me gustaría saber si hay algún tipo de libro que me pueda orientar en estos temas pues soy estudiante de ingeniería mecatronica y estoy desarrollando un proyecto que requiere estos conocimientos

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