Modelo aerodinámico no lineal de alto orden en el vuelo balístico de cuerpos esbeltos

Résumé

La presencia de ángulos de ataque no nulos en el movimiento balístico da lugar a fuerzas aerodinámicas que producen una desviación con respecto a la trayectoria ideal, que se busca en el diseño. Para determinar esta desviación es preciso conocer la evolución del ángulo de ataque con el tiempo. Los estudios precedentes hacen uso de una aerodinámica lineal o cúbica con el ángulo de ataque. Sin embargo, en algunos casos se desarrollan ángulos de ataque grandes y los coeficientes aerodinámicos, especialmente el momento de cabeceo, no pueden ser descritos con expresiones cúbicas. Esta tesis tiene como objeto el desarrollo de un modelo para obtener una aerodinámica de alto orden representativa de un caso real, su incorporación a las ecuaciones del movimiento y la obtención de los estados de equilibrio para estudiar el movimiento balístico a altos ángulos de ataque. Para conseguir este objetivo se deriva la ecuación completa del movimiento lateral, que determina la evolución del ángulo de ataque. Esta ecuación se expresa en función de un parámetro de pequeñez, lo que permite encontrar una forma simplificada. Mediante un método de ajuste múltiple de resultados experimentales, que permite obtener desarrollos basados en el análisis de Maple-Synge, se determina una dependencia de los coeficientes aerodinámicos de alto orden con el ángulo de ataque. Los desarrollos obtenidos se introducen en la ecuación del movimiento lateral y se analiza el orden de magnitud de los distintos términos para obtener una ecuación simplificada. En estos términos la ecuación queda acoplada únicamente con la ecuación del movimiento de giro axial. Utilizando la ecuación simplificada se buscan los estados de equilibrio del sistema y se analiza cómo se ven modificados por la inclusión de una aerodinámica de mayor orden que el cúbico. La sensibilidad a los valores paramétricos y a las condiciones iniciales se hace patente con ejemplos de trayectorias iniciadas en las inmediaciones de puntos de equilibrio. Finalmente, se estudia una situación de interés práctico. Partiendo de unas condiciones iniciales realistas para la configuración de referencia utilizada, se obtienen las soluciones del sistema de ecuaciones con los diferentes ajustes del coeficiente de momento de cabeceo. Los diferentes resultados son comparados buscando la posible utilidad del modelo y las dificultades que deben afrontarse y pueden requerir investigación adicional para obtener un método con aplicación a situaciones prácticas.