| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| AEROELASTIC WING FLUTTER TESTING AND ANALYSIS | | Autor/a | Abou Kebeh Llano, Sami | | Departamento | Teoría de la Señal y Comunicaciones | | Director/a | Gil Pita, Roberto | | Codirector/a | Rosa Zurera, Manuel | | Fecha de defensa | 23-09-2022 | | Calificación | Sobresaliente cum laude | | Programa | Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (RD 99/2011) | | Mención internacional | No | | Resumen | La integración de nuevas cargas subalares en una aeronave modifica las características de distribución
de masa (centro de gravedad) y momento de inercia del ala. Este efecto, sumado a la contribución
de las cargas aerodinámicas, produce que los modos y frecuencias propias de vibración
varíen con la presión dinámica (función de la velocidad de vuelo y altitud). Este fenómeno fuertemente
no lineal implica que, bajo determinadas condiciones de presión dinámica, se produzca el
acoplamiento en frecuencia (resonancia autosostenida) de dos o más modos de vibración inicialmente
ortogonales entre sí. El fenómeno aeroelástico anterior se conoce como "flameo" ("flutter" en
inglés), que salvo cambio de las condiciones de vuelo, llevará a la pérdida de la aeronave y la vida
del piloto. Por otra parte, la integración de nuevas cargas subalares requiere llevar a cabo una serie
de procesos que conducirán a una nueva envolvente de vuelo, dentro de la cual se garantice que
la aeronave puede volar con seguridad. Este estudio requiere llevar a cabo cálculos teóricos para
predecir las condiciones de flameo y una posterior validación mediante ensayos en vuelo, conocido
como "expandir la envolvente". Ejecutar esta tarea con seguridad requiere unos medios y
personal altamente cualificados y especializado, cuyos costes derivados son extraordinariamente
elevados. Como consecuencia, las empresas especializadas llevan a cabo estos ensayos y guardan
los resultados como secreto industrial. Todo lo anterior justifica que sea muy complicado encontrar
métodos validados para procesar datos de vuelos y extraer los parámetros de vibración a
distintas presiones dinámicas.
Entre los distintos métodos publicados para identificar parámetros de vibración de vuelos de
ensayos de flameo, la gran mayoría han sido verificados únicamente con modelos teóricos, dándose
el caso de que muchos de ellos dan resultados incongruentes entre sí o que al ser validados
con datos reales arrojan resultados incoherentes. Por este motivo, el objetivo principal era desarrollar
técnicas robustas, coherentes y repetitivas para procesar datos de vuelo de flameo. El autor
del presente estudio ha tenido acceso a una base de datos de ensayos en vuelo de flameo, cortesía
del Ejército del Aire de España, y cuenta con autorización de la Oficina de Comunicaciones del
Ejército del Aire para publicar resultados de su investigación sobre esos datos.
La presente tesis desarrolla dos métodos de procesado de datos de ensayos en vuelo de flameo
específicos sobre datos procedentes de una excitación tipo "Sine-Dwell". El primero está basado
en un modelo matemático y en técnicas de optimización. El segundo en técnicas de aprendizaje
profundo. El desarrollo de ambas técnicas se inicia con una primera verificación de distintas técnicas
documentadas en la literatura científica, seguidos por el entrenamiento de las siguientes
redes neuronales; De perceptrón multicapa, redes neuronales profundas y redes neuronales convolucionales.
Establecida una línea de base de comparación, se procedió a seleccionar una técnica
clásica (basada en modelo teórico y optimización), de acuerdo con la fuente bibliográfica, validada
con datos reales procedentes de ensayos en vuelo de flameo y una de las redes neuronales entrenadas.
Partiendo de las lecciones aprendidas se desarrolló una técnica innovadora basada en el
modelo clásico de modelo teórico y optimización, verificación con datos sintéticos y comparación
de las tres técnicas seleccionadas anteriormente. Finalmente, las tres técnicas fueron validadas con
datos reales de ensayos en vuelo de flameo.
Los resultados obtenidos son altamente satisfactorios, alcanzando los objetivos previstos inicialmente.
Las técnicas presentadas se han verificado con datos sintéticos, comparadas con modelos
bibliográficos previamente validados de forma independiente, y validadas en este estudio con
datos reales. Los resultados son coherentes con lo esperado. La velocidad de proceso permite el
análisis de los datos en tiempo real, aumentan la consciencia situacional del director de ensayos
y facilitan la toma de decisiones para continuar o detener el test, en condiciones de peligro, con
mayor seguridad. |
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