Generalized 2D model for estimation of non-linear aeroelastic instabilities for deformable wings

Abstract

[ES] La movilidad sostenible abarca un conjunto de estrategias para mitigar impacto ambiental. En este sentido, la industria aeronáutica, específicamente desde un punto de vista estructural, busca nuevos métodos para mejorar la eficiencia de las aeronaves mediante la reducción de su peso, permitiendo así la reducción del consumo de combustible, lo que puede traducirse como una disminución de las emisiones. Sin embargo, las modificaciones estructurales, bien sea por el uso de materiales ligeros o modificaciones en la geometría, introducen una serie de retos en términos de aeroelasticidad, debido a la aparición de fenómenos como la divergencia o el flameo, que causan complicaciones durante el tiempo de vuelo. Por esta razón, es imprescindible estudiar continuamente las simplificaciones estructurales desde un punto de vista experimental o numérico. El uso de herramientas computacionales ha permitido estudiar y comprender mejor estos fenómenos aeroelásticos. Una de las ventajas de utilizar herramientas computacionales es el amplio rango de posibilidades que pueden generarse a partir de un caso base, permitiendo la modificación sistemática de parámetros para analizar su impacto en la respuesta del sistema. Asimismo, el caso estudio puede simplificarse de tal manera que una geometría tridimensional compleja pueda resolverse de manera bidimensional, reduciendo los costos computacionales, el tiempo de simulación y de postproceso. Convencionalmente, la sección bidimensional se establecía como el perfil localizado a 75% de la dirección de envergadura de la sección, sin embargo, uno de los objetivos de este trabajo es el generar un modelo equivalente 2D empleando un enfoque de análisis modal y evaluar si es capaz de representar adecuadamente el modelo 3D de un ala en voladizo. Además, aprovechando la velocidad de cálculo y del postproceso de las simulaciones 2D, se realiza un estudio paramétrico para analizar la respuesta aeroelástica del sistema.

[EN] Sustainable mobility involves several strategies to reduce the impact on the environment. In this sense, the aerospace industry, especially from a structural point of view, is looking for new methods to improve aircraft efficiency by reducing their weight, thus reducing fuel consumption and, therefore, emissions. However, structural modifications, either through the use of lightweight materials or changes in geometry, introduce a series of challenges in terms of aeroelasticity due to the occurrence of phenomena such as divergence or flutter, which cause complications during flight time. For this reason, it is essential to continuously study structural simplifications from an experimental or numerical point of view. Using computational tools has made it possible to research and better understand these aeroelastic phenomena. One of the advantages of using computational tools is the wide range of possibilities that can be generated from a base case, allowing systematic modification of parameters to analyze their impact on system response. In the same way, the case study can be simplified so that a complex three-dimensional geometry can be solved in a two-dimensional way, thus reducing the computational costs, the simulation time, and the post-processing time. Conventionally, the 2D section is defined as the airfoil located at 75% of the section span direction, however, one of the objectives of this work is to generate a 2D equivalent model using a modal analysis approach and to evaluate whether it is able to adequately represent the 3D model of a cantilever wing. In addition, taking advantage of the speed of computing and post-processing the 2D simulations, a parametric study is conducted to analyze the aeroelastic response of the system.