El revestimiento del ala, como parte importante de la estructura aerodinámica de la aeronave, su calidad de rendimiento está relacionada con la seguridad del vuelo. El revestimiento es equivalente a la "piel" de la aeronave, que a menudo se utiliza en las estructuras transversales de las alas, el fuselaje, etc. del avión. El daño al revestimiento puede provocar la destrucción del buen rendimiento aerodinámico de la aeronave, reducir la resistencia del área dañada y poner en peligro la seguridad del vuelo.
Un equipo de investigación de una determinada universidad realizó una prueba en un túnel de viento sobre revestimientos flexibles para aeronaves. Utilizando un sistema de medición de deformación óptica, estudiaron los efectos del ángulo de ataque, la velocidad del viento y la temperatura en el rendimiento del revestimiento del ala en un ángulo de barrido de 7°. Esta investigación tuvo como objetivo comprender las características mecánicas de la estructura del ala en diferentes condiciones de trabajo y obtener resultados para el desplazamiento fuera del plano al cambiar una sola variable entre la temperatura, el ángulo de ataque y la velocidad del viento (recopilando parámetros modales como la deformación del revestimiento y la información sobre la vibración). El experimento proporcionó datos importantes para mejorar el rendimiento de las alas de las aeronaves.
1. Proceso experimental
Antes de comenzar el experimento, el equipo de investigación aplicó una capa de material flexible a la superficie de la carcasa del ala y la fijó en su lugar. Luego crearon motas en la superficie exterior de la capa de material flexible. El ala se ajustó a un ángulo de barrido de 7° y se fijó en un soporte dentro del túnel de viento. A través del dispositivo de frenado, el ángulo de ataque del ala se fijó a -4° y 0°, y se adhirió un dispositivo de calentamiento dentro del ala.
El experimento recopila y registra el estado inicial del ala a través del sistema de medición DIC Revealer, y los segmentos registran datos en tiempo real bajo tres velocidades de viento, con un ángulo de flecha de 7° y ángulos de ataque de -4° y 0°. También recopila y registra datos de deformación en los mismos ángulos experimentales cuando la piel de material flexible alcanza el equilibrio térmico.
El experimento inicia el túnel de viento con la velocidad del viento aumentando gradualmente hasta 30 m/s. Una vez que la velocidad del viento se estabiliza, se lleva a cabo la recopilación de datos a alta velocidad; la velocidad del viento aumenta lentamente hasta 40 m/s y, después de estabilizarse, se realiza nuevamente la recopilación de datos a alta velocidad; la velocidad del viento aumenta gradualmente hasta 45 m/s y, después de estabilizarse, se lleva a cabo la recopilación de datos a alta velocidad. La configuración experimental en estado de equilibrio térmico de calentamiento repite las operaciones descritas anteriormente.
2. Análisis de datos experimentales
Dado que el proceso de adquisición de alta velocidad se lleva a cabo mientras el ala está en un estado estable, durante la etapa inicial, se seleccionan para el cálculo tres cuadros de imágenes recopiladas con velocidades de viento de 30 m/s, 40 m/s y 45 m/s. Un cuadro de la etapa inicial se utiliza como imagen de referencia, mientras que los otros dos cuadros se utilizan para medir errores causados por factores ambientales y del sistema. Se selecciona un cuadro de cada una de las tres velocidades del viento para compararlo con el cuadro de la etapa inicial.
Durante el procesamiento de datos, se establece un sistema de coordenadas "seleccionando el origen" en el sistema de medición, lo que da como resultado un sistema de coordenadas dextrógiro con el centro simétrico de la superficie del ala en el estado inicial como origen. La dirección positiva de x es hacia abajo a lo largo del eje longitudinal del ala, y la dirección positiva de z es hacia adentro desde la superficie. Un desplazamiento positivo desde la superficie indica que el ala está bajando, mientras que un desplazamiento negativo indica que el ala está subiendo. Posteriormente, los desplazamientos del cuerpo rígido se eliminan de los datos en relación con la figura de referencia, excepto aquellos que sirven como referencias. Los mapas de nubes se exportan en función de los puntos de la cuadrícula divididos por regiones, mostrando el desplazamiento desde la superficie en cada punto de la cuadrícula, los valores máximo y mínimo del desplazamiento general desde la superficie, y los resultados de los otros dos fotogramas bajo tres velocidades del viento se pueden comparar con el fotograma seleccionado como prueba de que el ala está en un estado estable.
3. Análisis de resultados experimentales
① Después de abrir el túnel de viento, habrá protuberancias y depresiones en el área local de la piel de material flexible del ala.
② El impacto del ángulo de ataque en el rendimiento de los revestimientos de material flexible de las alas en un ángulo de barrido de 7°.
A través del análisis de las Tablas 1 y 2, se encuentra que bajo las mismas condiciones de temperatura, velocidad del viento y ángulo de barrido, cuando el ángulo de ataque es 0°, la desviación estándar del desplazamiento fuera de la superficie es la más pequeña, lo que indica que la deformación del material es más uniforme en este momento; el valor mínimo del desplazamiento fuera de la superficie es el más pequeño, lo que indica que el abultamiento local en la superficie del material es el menor; la diferencia entre el desplazamiento fuera de la superficie máximo y mínimo es la más pequeña, lo que indica que la deformación máxima en la superficie del material es menor. Por lo tanto, se puede concluir que el rendimiento del material es óptimo cuando el ángulo de ataque es 0°.
③ Efecto de la temperatura en el rendimiento de revestimientos de material flexible para alas en un ángulo de barrido de 7°.
Comparando y analizando los datos de las Tablas 1 y 2, se puede observar que bajo las mismas condiciones de ángulo de ataque, velocidad del viento y ángulo de barrido, la desviación estándar del desplazamiento de la superficie de las capas de material flexible de las alas es mayor en el estado de equilibrio térmico calentado, lo que indica una deformación más desigual del material en este momento; el valor máximo del desplazamiento de la superficie es mayor, lo que sugiere que hay protuberancias locales más grandes en la superficie del material; la diferencia entre los valores máximo y mínimo de desplazamiento de la superficie es mayor, lo que indica una mayor deformación máxima en la superficie del material. A partir de esto, se puede concluir que el material se desempeña mejor a temperatura ambiente.
④ La influencia de la velocidad del viento en el rendimiento de las capas de material flexible para alas en un ángulo de barrido de 7°.
Al observar cada columna en las Tablas 1 y 2, se puede ver que cuando la temperatura, el ángulo de ataque y el ángulo de barrido son los mismos, cuanto menor es la velocidad del viento, menor es la desviación estándar del desplazamiento fuera del plano, lo que indica que la deformación del material es más uniforme en este momento; cuanto menor es el valor máximo del desplazamiento fuera del plano, lo que indica que la protuberancia local en la superficie del material es menor; cuanto menor es la diferencia entre el desplazamiento fuera del plano máximo y mínimo, lo que indica que la cantidad máxima de deformación en la superficie del material es menor. Por lo tanto, se puede concluir que cuando la velocidad del viento es de 30 metros por segundo, el rendimiento del material es óptimo.
Resumen
A través de pruebas de materiales flexibles en túneles de viento, logramos una mejor comprensión del rendimiento del revestimiento del ala para lograr diversas detecciones de deformación de las alas, mejorando la maniobrabilidad de la aeronave para adaptarse a diferentes requisitos ambientales y de vuelo específicos de la misión. La fabricación de aeronaves se basa en el control de calidad de los componentes clave. Para garantizar la seguridad del vuelo, el diseño de cada componente y las pruebas de deformación de los materiales requieren métodos avanzados de medición y análisis, aplicando datos experimentales para optimizar los diseños de fabricación.
