Evaluación computacional del compartimiento de carga de una aeronave liviana, usando software libre

Este documento presenta la evaluación estructural del cuerpo de una aeronave ligera de categoría vla (masa máxima al despegue inferior o igual a 1200 kg), usando software de dinámica computacional de fluidos (cfd) para evaluar el comportamiento aerodinámico de la aeronave y el método de elementos fi...

Full description

Autores:: Jaramillo Suárez, Héctor Enrique
Jiménez Cuero, Brian Quintero
Ortega Cabrera, Iván Orlando
Zambrano Romero, Gustavo Adolfo
Ríos Chaparro, Carlos Enrique

Tipo de recurso:: Article of journal

Fecha de publicación:: 2022

Institución:: Universidad Autónoma de Occidente

Repositorio:: RED: Repositorio Educativo Digital UAO

Idioma:: spa

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description	Este documento presenta la evaluación estructural del cuerpo de una aeronave ligera de categoría vla (masa máxima al despegue inferior o igual a 1200 kg), usando software de dinámica computacional de fluidos (cfd) para evaluar el comportamiento aerodinámico de la aeronave y el método de elementos finitos para evaluar su comportamiento estructural. Para su evaluación estructural la aeronave se dividió en cabina, cuerpo y superficies de vuelo (alas y empenaje). Los modelos completos de la aeronave fueron extraídos del modelo cad, elaborado con el software SolidWorks® para cada uno de los subcomponentes de la cabina, el cuerpo y las alas y el empenaje. A partir de los cálculos y simulaciones hechas, se concluyó que la estructura central de la aeronave soporta las fuerzas y momentos aerodinámicos, con valores de esfuerzos por debajo de los valores de fluencia del material y factores de seguridad entre 1.58 y 2.60. Sin embargo, se necesita reforzar la unión del ala al fuselaje para que disminuya el esfuerzo localizado que se produce en esa zona. A diferencia de otros métodos reportados en la literatura que utilizan programas muy especializados y de altos costos, el procedimiento para evaluar la aerodinámica y la estructura central de una aeronave liviana categoría vla que se desarrolló en este estudio, hizo uso de programas de dominio público, en alrededor de 80 % en el proceso de análisis.
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Los modelos completos de la aeronave fueron extraídos del modelo cad, elaborado con el software SolidWorks® para cada uno de los subcomponentes de la cabina, el cuerpo y las alas y el empenaje. A partir de los cálculos y simulaciones hechas, se concluyó que la estructura central de la aeronave soporta las fuerzas y momentos aerodinámicos, con valores de esfuerzos por debajo de los valores de fluencia del material y factores de seguridad entre 1.58 y 2.60. Sin embargo, se necesita reforzar la unión del ala al fuselaje para que disminuya el esfuerzo localizado que se produce en esa zona. A diferencia de otros métodos reportados en la literatura que utilizan programas muy especializados y de altos costos, el procedimiento para evaluar la aerodinámica y la estructura central de una aeronave liviana categoría vla que se desarrolló en este estudio, hizo uso de programas de dominio público, en alrededor de 80 % en el proceso de análisis.This paper shows the structural evaluation of a vla category light aircraft (maximum take-off mass less than or equal to 1200 kg), using computational fluid dynamics (cfd) software to evaluate the aerodynamic behavior of the aircraft and the finite element method to evaluate its structural behavior. For its structural evaluation, the aircraft has been divided into cabin, body, and flight surfaces (wings and empennage). The complete models of the aircraft were extracted from the cad model made using SolidWorks® Software for each of the sub-components of the cockpit, body and wings, and the empennage. From the calculations and simulations performed, it was concluded that the central structure of the aircraft supports the aerodynamic forces and moments adequately, having values below the yield values of the material. However, it is necessary to reinforce the attachment of the wing to the fuselage to reduce the effort produced in that area. Unlike other methods reported in the literature that use very specialized and high-cost programs, the procedure to evaluate the aerodynamics and central structure of a vla category light aircraft that was developed in this study made use of public domain programs, at around 80 % of the analysis proces16 páginasapplication/pdfspaEscuela de Postgrados Fuerza Aérea ColombianaBogotáDerechos reservados - Escuela de Postgrados Fuerza Aérea Colombiana, 2022https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Evaluación computacional del compartimiento de carga de una aeronave liviana, usando software libreComputational evaluation of the cargo compartment of a light aircraft, using free softwareAvaliação computacional do compartimento de carga de uma aeronave leve, utilizando software gratuitoArtículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1Textinfo:eu-repo/semantics/articlehttp://purl.org/redcol/resource_type/ARTinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85AerodinámicaAerodynamicsCálculo estructuralDinámica computacional de fluidos (CFD)Elementos finitosSoftware de código abiertoUltralivianoStructural evaluationComputational fluid dynamicsFinite element methodOpensource softwareLight aircraf5123617Jaramillo Suárez, H. E., Jiménez Cuero, B.Q., Ortega Cabrera, I.O., Zambrano Romero, G.A., Ríos Chaparro, C. E. (2022). Evaluación computacional del compartimiento de carga de una aeronave liviana, usando software libre. Ciencia y Poder Aéreo. 17 (2), 36-51. https://hdl.handle.net/10614/14737Ciencia y poder aéreoAircraft Design: A Conceptual Approach. (n.d.). aiaa Education Series. https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/4.104909asm Material Data Sheet. (2022). Specific Material. http://asm. matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum= ma6061t6CalculiX. (2022). A Three-Dimensional Structural Finite Ele- mente Program. http://www.calculix.de/Carmo, J. S. (2012). Turbulent Boundary Layer Models: Theory and Applications. Advanced Fluid Dynamics. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/26808Elmer. (2022). fem – open source multiphysical simulation soft- ware. http://www.elmerfem.org/blog/Geuzaine, C. & Remacle, J. F. 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Modeling of boundary layer and the in- fluence on heat transfer with help of cfd. aip Con- ference Proceedings, 2047(1), 020021. https://doi. org/10.1063/1.5081654Salome-Meca - Code_Aster. (2022). lgpl binary packages. https://www.code-aster.org/V2/spip.php?article303Triet, N. M., Viet, N. N. & Thang, P. M. (2015). Aerodynamic Anal- ysis of Aircraft Wing. VNU Journal of Science: Mathemat- ics - Physics, 31(2), Article 2. https://js.vnu.edu.vn/MaP/ article/view/111Wu, Z., Li, S., Liu, M., Wang, S., Yang, H. & Liang, X. (2019). Nu- merical research on the turbulent drag reduction mech- anism of a transverse groove structure on an airfoil blade. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 13(1), 1024–1035. https://doi.org/10.1080/1 9942060.2019.1665101Yapor, G. (2018). Multi-Scale Analysis of Composite Materials Using Calculix and the Method of Cells: An Open Source Implementation. Master’s Theses. https://scholarworks. wmich.edu/masters_theses/3795Ye, K., Ye, Z., Feng, Z., Pan, Y. & Wang, G. (2019). Numerical in- vestigation on the aerothermoelastic deformation of the hypersonic wing. 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Evaluación computacional del compartimiento de carga de una aeronave liviana, usando software libre

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