Diseño conceptual de una aeronave de entrenamiento y mejoramiento de la eficiencia aerodinámica del ala mediante un dispositivo de control de flujo pasivo a través de los softwares Matlab Ansys

Abstract

Este trabajo de investigación responde a la necesidad de desarrollar una integración del diseño conceptual de una aeronave, análisis y mejoramiento aerodinámico; para alcanzar un incremento de la eficiencia aerodinámica del avión y menores modificaciones en etapas avanzadas del diseño. En el diseño conceptual de la aeronave de entrenamiento y el cálculo de las ecuaciones aerodinámicas se efectúa mediante la integración de variados métodos de diseño y predicción aerodinámica desarrollados por diferentes autores. El proceso de diseño y cálculo de la aerodinámica se elaboró mediante la aplicación de Matlab para obtener gráficas y resultados más precisos. Posterior al diseño conceptual, se implementa un sistema de control de flujo en las superficies sustentadoras del avión para ulteriormente simularlas mediante el modelo de turbulencia k-omega de dos ecuaciones. Las simulaciones se efectuaron en las condiciones de: fase de crucero, donde los dispositivos de control reducen la eficiencia aerodinámica en 22 por ciento; mientras que en fase de despegue la eficiencia se incrementa en 26.5 por ciento y finalmente en fase de aterrizaje se registró un incremento de 44.2 porciento. Finalmente, en los resultados obtenidos de la simulación para las tres condiciones de vuelo (Crucero, despegue y aterrizaje) se identificaron que los valores del coeficiente de sustentación es 0.113, 0.373 y 0.378; mientras que para el cálculo analítico se obtuvo 0.347, 1.239 y 1.06. Así mismo, para la simulación el coeficiente de arrastre es 0.0132, 0.0399 y 0.085; y para el cálculo analítico se registró 0.057, 0.152 y 0.307. A pesar de que la implementación de los DCF (Dispositivos de Control de Flujo) supone un incremento de sustentación y una penalización del arrastre parasito, estos valores son inferiores a los esperados en el cálculo analítico.