Validación de una herramienta computacional que simula el comportamiento aerodinámico de vehículos aéreos con una configuración de alas unidas

Abstract

Los vehículos aéreos no tripulados con una configuración no convencional de alas unidas (JW-UAVs) se caracterizan por ser muy livianos y por tener alas muy flexibles y de gran envergadura. Para diseñarlos correctamente es necesario entender cabalmente su comportamiento aeroelástico, algo que puede lograrse mediante simulaciones numéricas utilizando herramientas computacionales robustas que incorporen modelos estructurales y aerodinámicos de alta fidelidad. Los autores de este trabajo han desarrollado una herramienta computacional que incorpora un modelo aerodinámico adecuado a las características operacionales y constructivas de un JW-UAVs para simular su comportamiento aerodinámico no-lineal e inestacionario. Las características de operación de estos vehículos, a alto número de Reynolds, avalan la implementación computacional de un código basado en el método de red vórtices inestacionario y no-lineal. Para comprobar que los resultados de las simulaciones captan la física inherente del comportamiento aerodinámico de JW-UAVs, se sometió a la herramienta computacional a verificaciones y validaciones (V&V) adecuadas. En este trabajo se presentan los detalles del proceso seguido para validar la herramienta previamente desarrollada y los resultados obtenidos. Para llevar a cabo la validación se usaron resultados de pruebas experimentales reportadas en el año 1989 por la National Aeronautics and Space Administration (NASA). Esas pruebas se realizaron en un túnel de viento del Ames Research Center midiendo las características aerodinámicas de un avión de alas unidas denominado JWRA. Se consideraron tres configuraciones distintas que ubican la unión alas delanteras-traseras a diferentes fracciones de la envergadura del ala delantera. Se construyeron modelos en una escala de 1/6 que fueron ensayados en un túnel de viento de 12 pies para baja velocidad, a un número de Mach de 0.35 y un número de Reynolds del orden de 106. Las diferencias porcentuales entre las predicciones numéricas del coeficiente de sustentación y los valores experimentales varían entre el 16 % y el 23 %. La prueba de la validación resultó satisfactoria en general, teniendo en cuenta la carencia de algunos datos geométricos y las simplificaciones asumidas.