Control activo de estructuras aeronáuticas mediante el empleo de materiales inteligentes

Resumen

Se estudia el efecto de incorporar material piezocerámico (PZT) en alas de aviones de transporte para conseguir mejorar su comportamiento. Se plantean las ecuaciones constitutivas de los PZT en régimen lineal y 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 cajón de torsión y se modeliza 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 0 grados situados en 1 recubrimiento del ala, larguerillo y cordones de los largueros. A su vez la generación de momento torsor se consigue con PZT pegados a +-45 grados 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. 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. 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 Von Dryden según aparecía en las normas de aeronavegabilidad FAR 25.