Análisis multidisciplinario y optimización estructural para el dimensionamiento aeroelástico de un ala de UAV utilizando integración de código de código abierto

Propósito Este documento tiene como objetivo proponer un enfoque de dimensionamiento estructural de un ala de vehículo aéreo no tripulado (UAV) que tenga en cuenta los efectos de la aeroelasticidad a través de un análisis de interacción fluido-estructura. Diseño/metodología/enfoque El enfoque de dimensionamiento propuesto en este estudio es un proceso iterativo, cada iteración del cual consta de dos sub-bucles, un bucle de análisis multidisciplinario (MDA) seguido de un bucle de optimización estructural. El bucle MDA busca el equilibrio aeroelástico entre las fuerzas aerodinámicas y los desplazamientos estructurales utilizando un esquema de iteración de punto fijo. Una vez alcanzado el equilibrio, las cargas de presión convergentes se utilizan para la optimización estructural, que tiene como objetivo encontrar los grosores estructurales que minimizan el peso del ala bajo criterios de fallo. Los dos sub-bucles se ejecutan secuencialmente en un proceso iterativo hasta que la masa converge. Los modelos de análisis se implementan en software de código abierto, a saber, PANUKL para aerodinámica y MYSTRAN para estructuras, mientras que todo el proceso está automatizado con Python e integrado en el marco de optimización de código abierto OpenMDAO. Conclusiones El enfoque se aplicó al diseño del ala del Predator MQ-1. Los resultados de los MDAs muestran la convergencia de las deformaciones del ala a la forma de vuelo después de pocas iteraciones. Al final del bucle de dimensionamiento aeroelástico, el resultado es un ala dimensionada estructuralmente con un peso mínimo considerando los efectos de la aeroelasticidad. Originalidad/valor El enfoque propuesto tiene en cuenta los efectos de acoplamiento aeroestructural del ala mientras dimensiona su estructura en lugar de una distribución de carga fija.