Resumen

El artículo aborda el análisis modal de una pequeña hélice de avión. Aquí se discuten los tres posibles casos de la simulación del Método de Elementos Finitos (FEM), en el entorno del software ANSYS Mechanical. Sucesivamente, cada uno de ellos está descrito por las partes teóricas y de aplicación. Más adelante, se explican los resultados importantes del análisis modal, es decir, las frecuencias naturales calculadas, las formas de los modos, los factores de participación y las masas efectivas. Se utilizaron los siguientes tres casos de la simulación FEM: el enfoque clásico, el modelado de simetría cíclica y el método de síntesis de modo componente (CMS). Al final se comparan las frecuencias calculadas de los tres casos.

1. Introducción

El objetivo principal de este artículo era demostrar las tres formas de realizar el análisis modal aplicando el Método de los Elementos Finitos. Para ello se utilizó el sistema ANSYS en la extensión habitual. Estos métodos se aplicaron en la hélice de un avión, con el fin de descubrir su interesante comportamiento dinámico. El conocimiento del comportamiento de la hélice es necesario para garantizar la suficiente seguridad de su unidad de potencia, es decir, sin resonancias durante el funcionamiento del motor [1]. El análisis modal puede aplicarse tanto al conjunto de la hélice como al segmento de simetría cíclica de la hélice y también mediante el método de síntesis en modo de componentes. Por lo general, la simulación computacional se lleva a cabo al comienzo del desarrollo de cualquier hélice de avión moderno. La verificación del comportamiento dinámico de la hélice de la aeronave en un hecho suele realizarse con la ayuda de instalaciones de ensayo en tierra, en las que se utiliza en la mayoría de los casos el método de análisis modal experimental. Los especialistas de la VZLU en Praga, es decir, ARTE (Establecimiento de Investigación y Ensayo Aeronáutico, Praga) aprovechan el instrumento de medición francés PRODERA.

2. Análisis modal de la hélice de un avión

2.1. Teoría del análisis modal

El análisis modal es el más fundamental de todos los análisis dinámicos y se recomienda realizarlo por primera vez antes que otros (armónico, transitorio, espectral o aleatorio). Esta técnica se utiliza para determinar el comportamiento vibratorio de la estructura y abarca la frecuencia natural, la forma del modo, el factor de participación del modo, la masa efectiva y la distribución modal de la tensión. La ecuación general del movimiento se refiere a esta forma conocida [2]:

[M]{ü}+[C]{u̇}+[K]{u}={F(t)}.          (1)

• Materias:Método de elementos finitos Dinámica de fluidos - Matemáticas Aeronave Simulación por computadores digitales
• Subjects:Finite element method Fluid dynamics - Mathematics Aircraft Digital computer simulation
• Palabras claves:Hélice de avión, ANSYS, CMS, simetría cíclica, dinámica, FEM, análisis modal.
• Keywords:Aircraft propeller, ANSYS, CMS, cyclic symmetry, dynamics, FEM, modal analysis.