Application of Strain Gauges and Digital Correlation Techniques as Strain Measurement Methods for a Morphing Wing Model

Abstract

[ES] Mejorar el rendimiento de los vuelos es un área que se encuentra actualmente bajo investigación debido a su relevancia para los costos económicos y ambientales. El concepto de ala morphing aborda este problema optimizando la forma aerodinámica del ala en cada una de las etapas de vuelo, que se está desarrollando gracias al progreso en la tecnología de materiales, aeroelasticidad y sistemas de control, siendo las deformaciones estructurales una preocupación importante. En este sentido, este trabajo recoge la información recopilada sobre medidas de deformación en alas morphing a escala fabricadas en PETG y metacrilato. Se han utilizado dos métodos de medición de deformaciones: galgas extensométricas y técnicas de correlación digital (DIC). Se ha utilizado una configuración con sensores de deformación integrados en un puente de Wheatstone con un Arduino para cuantificar las deformaciones de la piel del ala mientras cambia su forma en diferentes condiciones de vuelo simuladas en un túnel de viento. Paralelamente, también se han estimado las tensiones que sufre el ala morphing en cada una de estas condiciones con el software GOM Correlate, que analiza los procesos de deformación a partir de datos de vídeo de un patrón moteado en zonas localizadas de la piel. Ambos hallazgos se comparan y procesan para evaluar la plausibilidad de las aplicaciones reales de UAV.

[EN] Improving flight performance is an area that is currently under investigation due to its relevance to economic and environmental costs. The concept of a morphing wing tackles this issue by optimizing the aerodynamic shape of the wing in each of the flight stages, which is being developed thanks to the progress in materials technology, aeroelasticity and control systems, being structural deformations an important concern. In this regard, this paper gathers the collected information about strain measurements on scaled morphing wings made of PETG and methacrylate. Two strain measurement methods have been used: strain gauges and digital correlation techniques (DIC). A set-up with strain sensors built in a Wheatstone bridge has been used with an Arduino to quantify the deformations of the skin of the wing while it shifts its form in different flight conditions simulated in a wind tunnel. In parallel, the strains suffered by the morphing wing in each of these conditions have also been estimated with the GOM Correlate software, which analyzes deformation processes from video data of a speckle pattern in localized areas of the skin. Both findings are compared and processed to evaluate the plausibility of real UAV applications.