Publication: Análisis preliminar del comportamiento dinámico de un ala en régimen subsónico mediante la teoría elemental de vigas
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2010
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2010
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En este documento, se tratará el estudio de la estabilidad de una de las partes más críticas de una aeronave, las alas, siendo fundamentales para el funcionamiento del avión. Este estudio es extensible a estructuras en las que su funcionamiento se basa en la velocidad del aire, como pueden ser los aerogeneradores, o que se vean influenciadas por el viento y su estructura deba soportar los esfuerzos aerodinámicos generados, como por ejemplo en las chimeneas y en los puentes. La inestabilidad se produce al alcanzar una velocidad crítica que provoca la inestabilidad estructural del ala. Esta inestabilidad se produce porque la frecuencia de excitación toma el valor de la frecuencia natural del sistema, provocando la resonancia en la estructura. El modelo estructural se realizará mediante la suposición del ala como una viga en voladizo con tres grados de libertad. El empotramiento de esta viga es el fuselaje de la nave. Los tres grados de libertad son el desplazamiento vertical, la curvatura del ala y la rotación del ala con respecto al fuselaje del avión. La metodología de resolución del problema tratado es la utilización de elementos finitos, usando el método de Galerkin. Este método emplea funciones definidas a trozos que satisfacen las condiciones de contorno de problema en cada extremo de las funciones. Se definirán otro grupo de funciones y se realizará el mismo estudio. Se probarán y compararán los resultados de los dos grupos de funciones, definidas en el método de Galerkin y el grupo de funciones de un grado mayor. Evaluada la comparación de los resultados obtenidos con los grupos de funciones, se escogerá el grupo de funciones con menor error relativo sobre la solución exacta y se estudiará el comportamiento del sistema con la variación de los parámetros principales del problema. Con la variación de los parámetros principales del problema se estudiará la influencia de éstos en la solución final. Se realizará un estudio del fenómeno de flutter para un ala de una aeronave, con la determinación de la velocidad (velocidad crítica) a la que se produce dicho fenómeno. Para ello, se considerará el ala como un perfil estructural en voladizo para su estudio, utilizando las propiedades físicas de un ala convencional y la teoría fundamental de vigas. Para la geometría del ala se utilizarán los elementos finitos, permitiendo obtener una solución aproximada del cuerpo de estudio y el resultado del problema. Para el método de Galerkin, que es el método de elementos finitos que se utilizará, se debe definir el grupo de funciones que cumplen las condiciones de contorno del problema. Para concluir el estudio, se comprobarán las variables físicas del ala que son influyentes en el resultado final del problema analizado.
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Keywords
Aeronáutica, Aeronaves, Fenómeno de flutter, Métodos numéricos en ingeniería, Método de elementos finitos, Aeroelasticidad