Determinación de coeficientes aerodinámicos de aeronaves mediante distintos métodos de cálculo

• Autores: Lhuillier, Ernestina; Bertarelli, Bautista; Donati, Javier; Delnero, Juan Sebastián
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: documento de conferencia
• Materia: Ingeniería; softwares de cálculo; análisis aerodinámico de aeronaves
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

El análisis aerodinámico de aeronaves VTOL (Vertical Take Off and Landing) presenta desafíos particulares, debido principalmente a la interacción de múltiples superficies aerodinámicas en diseños no convencionales, y por las complejas características del flujo en configuraciones con múltiples rotores. En las etapas preliminares de diseño, es fundamental contar con herramientas de cálculo que permitan estimar los coeficientes aerodinámicos de manera eficiente, evitando la necesidad de recurrir a métodos más costosos y demandantes computacionalmente, como la dinámica de fluidos computacional (CFD). En la actualidad, existen diversas herramientas de cálculo preliminar basadas en metodologías analíticas y semi-empíricas. Las metodologías analíticas usualmente se basan en métodos de cálculo potenciales, a partir de distribución de singularidades para la representación del campo de flujo. Dichos métodos presentan limitaciones al no contemplar efectos viscosos, por lo cual, los resultados obtenidos se complementan con metodologías semiempíricas, o módulos de cálculo particulares que permitan analizar dichos efectos. Estas son herramientas ampliamente utilizadas en estudios preliminares de diseño, debido a su capacidad para estimar fuerzas y momentos aerodinámicos con bajo costo computacional. Además, en función del tipo de aeronave, se deben considerar efectos adicionales como puede ser, por ejemplo, las interacciones que se producen por el flujo generado por los motores. Este es el caso particular de una gran cantidad de configuraciones VTOL, donde se requieren varios motores para alcanzar el empuje requerido para los despegues y aterrizajes verticales. Por este motivo, en la actualidad se están desarrollando softwares que incluyan este tipo de análisis, como es el caso del software DUST. Este permite modelar la interacción entre el flujo de aire y los rotores, considerando efectos como la variación de potencia y el rendimiento bajo diferentes condiciones de vuelo. En este trabajo, se emplean distintos softwares de cálculo basados en distintas metodologías para analizar una geometría de aeronave VTOL. En particular, se utilizan el OpenVSP, XFLR5 y el Digital DATCOM, con el objetivo de comparar y analizar las diferencias en los resultados obtenidos. También se incluyen de forma comparativa resultados obtenidos con el software DUST para la misma aeronave, a partir de los resultados del trabajo de tesis. En contraste, en los cálculos realizados con OpenVSP, XFLR5 y Digital DATCOM no se consideraron los efectos de los rotores, por lo que la comparación de los resultados permitirá evaluar el impacto de flujo inducido por las hélices.
Facultad de Ingeniería