Un Modelo Estructural No-Lineal de Alas Flexibles para Vehículos Aéreos No-Tripulados con Alas que Mutan

Abstract

Los vehículos aéreos no-tripulados (UAVs) son un tópico importante de investigación en el campo de la aeronáutica debido a sus potenciales aplicaciones civiles, científicas y comerciales. Un nuevo concepto de UAV que cambia la forma de sus alas durante el vuelo (morphing-wings ), promete una
generación de aeronaves con capacidades de maniobras similares a las que poseen las aves, que no solo realizarán las misiones de una manera más eficiente sino que abarcarán un amplio rango de operaciones inalcanzables para los UAVs convencionales.
En este esfuerzo se presenta el desarrollo de un modelo estructural no-lineal para alas flexibles de UAVs con alas que mutan. El ala es representada mediante una viga bidimensional con actuadores piezoeléctricos adheridos sobre ambas caras del material elástico de la viga. Esta viga resulta, entonces, una estructura tipo “sándwich” formada por: actuador piezoeléctrico + material elástico + actuador piezoeléctrico. Estos actuadores, que han sido seleccionados por sus destacadas ventajas respecto a otros tipos de actuadores, tienen la finalidad de inducir deformaciones localizadas sobre la estructura del ala flexible con el fin de modificar su configuración. El modelo desarrollado en este trabajo considera a los actuadores piezoeléctricos
y a la viga como una única estructura continua que satisface las hipótesis de la teoría de Euler-Bernoulli, además considera no-linealidades geométricas que son introducidas a través de la relación no-lineal entre deformaciones y desplazamientos del tipo Von Karman. Las ecuaciones diferenciales de movimiento son obtenidas mediante el principio de trabajos virtuales y son discretizadas espacialmente mediante el método de los elementos finitos. La consideración de las no-linealidades geométricas conduce a un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias no-lineales que gobierna la dinámica del
sistema viga/actuadores. La inclusión de los actuadores piezoeléctricos, además de producir cambios en la matriz de rigidez y de masa, genera un importante aporte al vector de carga generalizada que depende del estado de deformación de la estructura.