Aerodinámica de Alas Batientes: Influencia del Desprendimiento de Vorticidad desde el Borde de Ataque

Abstract

En este trabajo se presenta el desarrollo de una herramienta de simulación numérica que permite estudiar la aerodinámica no-lineal e inestacionaria asociada al complejo movimiento de las alas de insectos y aves pequeñas.
El modelo aerodinámico adoptado en este esfuerzo es una versión modificada de la versión 3D del “unsteady vortex lattice”, una generalización del conocido “vortex lattice method”, ampliamente utilizado en flujos incompresibles y estacionarios. El modelo permite tener en cuenta el comportamiento no-estacionario; las no-linealidades aerodinámicas asociadas con grandes ángulos de ataque y grandes desplazamientos producto del movimiento del eje longitudinal de cada ala batiente; las deformaciones estáticas; y flujos dominados por vorticidad.
En este trabajo se estudia la influencia del cuerpo del insecto y del desprendimiento de vorticidad desde el borde de ataque de las alas en la generación de sustentación, para una configuración de ‘vuelo suspendido’ (hover). Estas influencias han sido propuestas por biólogos y zoólogos como las responsables del notable incremento de las cargas aerodinámicas, producto del batimiento de las alas, respecto de las que las teorías aerodinámicas estacionarias y lineales predicen. El movimiento de los puntos ubicados sobre las alas se describe utilizando un modelo cinemático desarrollado con anterioridad por los autores de este trabajo.
La combinación entre el modelo cinemático y el modelo aerodinámico, junto con un preprocesador para generar la geometría del insecto, forman una herramienta computacional que permite: i) manipular diferentes cinemáticas para el movimiento de las alas, ii) definir distintas geometrías para el insecto (cabeza, tórax, abdomen y alas), iii) predecir el campo de movimiento del fluido alrededor de la estructura del cuerpo y de las alas batientes, iv) estimar la distribución espacio-temporal de la vorticidad adherida al cuerpo/alas del insecto, v) estimar la distribución de vorticidad y la topología de las estelas emitidas desde los bordes filosos de las alas (incluyendo el borde de ataque), vi) predecir las cargas aerodinámicas actuantes sobre éstas, y vii) tener en cuenta todas las posibles interferencias aerodinámicas.