Modelo electromecánico de un cosechador aeroelástico de energía

Abstract

En los últimos años, el número de investigaciones asociadas al diseño de Vehículos Aéreos No Tripulados autónomos ha ido creciendo. Nuevas tecnologías permiten el desarrollo de alas multifuncionales como sistemas cosechadores de energía que aprovechan la vibración mecánica de su propia estructura (debidas a ráfagas o a oscilaciones de ciclo límite causadas por inestabilidades aeroelásticas como el flutter) como fuente principal de energía de entrada. La conversión de la energía de deformación mecánica en energía eléctrica puede llevarse a cabo mediante transductores piezoeléctricos y así alimentar a sensores y actuadores. En este trabajo se estudia una versión simplificada de un ala multifuncional como elemento cosechador de energía, representada estructuralmente por una viga en voladizo y cuyas superficie superior e inferior se encuentran recubiertas por láminas piezoeléctricas. En el extremo libre de la viga se vincula un perfil aerodinámico simétrico, mientras que las cargas aerodinámicas no-lineales e inestacionarias se evalúan mediante la implementación de una versión ad-hoc del método de la red de vórtices. Las ecuaciones gobernantes se obtienen a través de las ecuaciones de Lagrange y se integran numérica e interactivamente en el dominio del tiempo implementando un método predictor-corrector. Entre los resultados obtenidos, se calculó el voltaje y la energía cosechada en función de la carga resistiva, se estudió la influencia de la resistencia eléctrica en la velocidad de flutter y se analizó el efecto que posee la ubicación de los parches piezoeléctricos en la potencia desarrollada.