Si alguna vez ha tomado una foto por la ventana de un avión comercial, lo más probable es que tenga una excelente toma de una aleta, esa parte del ala en la punta que se inclina hacia arriba. Ese pequeño cambio en la forma de la punta del ala hacemucho. Reduce la resistencia, lo que puede traducirse en una mayor velocidad o permitir que un piloto acelere y ahorre combustible. También ayuda a reducir los vórtices de punta de las alas que pueden ser problemáticos para los aviones que vuelan tras ellos.
Aunque los alerones han existido desde mediados de la década de 1970, todavía existe una gran variedad de formas, tamaños y ángulos. El objetivo de la Universidad era analizar los alerones para encontrar las características óptimas para obtener el menor arrastre neto de un avión.de los investigadores de Illinois Phillip Ansell, Kai James y el estudiante graduado Prateek Ranjan.
"Muchos estudios académicos sobre diseños de alas no planas idealizan las aletas instaladas con un giro brusco de 90 grados en las puntas, aunque hay muchas cosas potencialmente malas con estas uniones afiladas. Debido a que los aviones individuales tienen un conjunto único de restriccionesy requisitos, es difícil hacer generalizaciones sobre cómo se debe diseñar un avión ", dijo Ansell, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois." Sin embargo, cuando se observan sistemas de alas no planas, destilamos el problema a algo muy específico y canónico. Utilizamos un método de optimización de fidelidad múltiple, comenzando con algoritmos matemáticos muy simples para comprender mejor el espacio de diseño con una precisión de más o menos 10 por ciento, luego ejecutamos simulaciones más avanzadas para comprender cómoel ala influye en el campo de flujo y el rendimiento del ala "
En su investigación, el equipo se centró en un diseño de ala no lineal, conocido como configuraciones de ala Hyper Elliptic Cambered Span HECS, donde la proyección vertical del ala se puede describir matemáticamente utilizando la ecuación de una hiper-elipse.
"Destilamos la geometría del ala a algo muy simple", dijo Ansell. "Expresamos la no planaridad del ala - cuán curvada es, qué tan altas son las puntas de las alas, etc. - usando ecuaciones para un hiper-ellipse. Ahora podemos cambiar fácilmente los valores en la ecuación para encontrar el ala de mejor rendimiento mientras se intercambia una curvatura más nítida o más suave a medida que se acerca la punta, así como alturas de aletas más grandes o más pequeñas ".
Ansell dijo que el algoritmo comenzó con una elevación fija, un tramo fijo proyectado, un momento de flexión fijo del ala y un peso fijo, para generar un ala que tenga la resistencia mínima, y en última instancia, sea más eficiente.
"Mientras que otros han estudiado alas no planas con diseños de aletas combinadas, la mayoría solo ha mirado el llamado aspecto 'invisible' del arrastre del ala, ignorando las complejas fuentes de arrastre introducidas por la viscosidad del aire", Ansell"Pero eso es solo la mitad de la imagen. En nuestra formulación, incluimos estas fuentes de arrastre viscosas porque tiene una influencia sustancial en la eficiencia neta del ala. Por ejemplo, es fácil reducir el arrastre invisible del alaagregando aletas muy altas en las puntas con uniones muy afiladas. Sin embargo, existe una clara penalización por arrastre viscoso al hacerlo que reduce la efectividad de tal diseño en la práctica ".
"Al realizar un riguroso procedimiento de optimización numérica, pudimos explorar sistemáticamente el espacio de posibles diseños y, en última instancia, obtener diseños que pueden parecer inusuales, y que nunca podríamos haber predicho confiando en la mera intuición", dijo Kai James,también profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial.
Ansell dijo que este marco de optimización integrado ayudará al estado actual del diseño del ala de baja velocidad, pero también puede resultar en una mejora con respecto a los diseños de ala convencionales actuales, que operan en el régimen de vuelo subsónico.
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Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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