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Tesis:

Control activo de estructuras aeronáuticas mediante el empleo de materiales inteligentes

  • Autor: SANTO TOMAS MARTIN, Juan Antonio

  • Título: Control activo de estructuras aeronáuticas mediante el empleo de materiales inteligentes

  • Fecha: 1999

  • Materia: Sin materia definida

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS AERONAUTICOS

  • Departamentos: MOTOPROPULSION Y TERMOFLUIDODINAMICA

  • Acceso electrónico:

  • Director/a 1º: MARTINEZ VAL PEÑALOSA, Rodrigo

  • Resumen: En la presente tesis doctoral se estudia el efecto de incorporar material piezocerámico (PZT) en alas de aviones de transporte para conseguir mejorar su comportamiento aeroelástico analizándose su influencia en la estabilidad aeroelástica (velocidades de divergencia y flameo), y en la respuesta ante ráfagas (reducción del nivel de cargas en el ala). Debido al carácter novedoso de los materiales inteligentes en su aplicación como actuadores, y al carácter fragmentario e incompleto de la bibliografía sobre el tema, se procede a un planteamiento teórico paso por paso. En primer lugar se plantean las ecuaciones constitutivas de los (PZT) en régimen lineal. A continuación, se estudia la capacidad de los (PZT) de inducir deformaciones cuando son pegados o embebidos en estructuras básicas (vigas y placas) comparándose distintos modelos existentes en la bibliografía. A partir de estas actuaciones básicas se plantea de forma original, la actuación introducida por los (PZT) en un ala típica de un avión de transporte donde se identifican y modelizan una forma en la que los (PZT) pueden generar una actuación estructural a base de un pegado direccional en los llamados paneles activos. La creación de momentos flectores se consigue con (PZT) orientados a 0º situados en el recubrimiento del ala, larguerillos y cordones de los largueros. A su vez, la generación de momento torsor se consigue con (PZT) pegados a mas-menos 45º en el alma de los largueros del ala. A partir de la capacidad de generar estos momentos, se realiza una exploración de las distintas formas de actuación aeroelástica que se pueden conseguir mediante métodos numéricos simplificados. Estos permiten comparar con cierta rapidez el efecto en la estabilidad aeroelástica (velocidad de flameo y divergencia) de las distintas formas de actuación consideradas. A continuación se lleva a cabo una modelización aeroelástica detallada usando un método de elementos finitos para la estructura y aerodinámica no estacionaria en el dominio de Laplace a través de funciones de aproximación racional (RFA). El ala se supone dotada de varios acelerómetros y actuadores (PZT) que actúan formando un sistema (MIMO) diseñado siguiendo la teoría del estimador lineal cuadrático óptimo (LQG) planteándose en esta tesis en función de variables propiamente aeronáuticas, suponiendo este enfoque un aspecto original respecto a lo publicado en la bibliografía. Mediante este modelo se analiza la reducción del nivel de carga en el ala ante las ráfagas crítica, discreta 1-cos y continua con espectro de Dryden según aparecen en las normas de aeronavegabilidad FAR 25. En esta tesis se consideran de forma original limitaciones de los (PZT) como su alto peso, su fragilidad y el voltaje límite para evitar su despolarización. Además se lleva a cabo, también originalmente, un análisis de robustez, que permite estudiar el efecto de la actuación de los (PZT) sobre un ala con datos modificados respecto a los del modelo con el que se diseña la actuación