Ingeniería Mecánica
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Examinando Ingeniería Mecánica por Autor "Bruno Padilla, Rafael Elias"
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Publicación Acceso abierto Modelación matemática de condiciones de operación en el vuelo de un turbofán de dos rotores (motor de avión comercial) mediante el análisis dinámico de volúmenes de control(Universidad EIA, 2023) Bruno Padilla, Rafael Elias; Hazbon Alvarez, OmarRESUMEN: a pesar del gran avance de seguridad y control de las aeronaves en la última década, persiste una tendencia preocupante de incidentes aéreos (Aviation History, 2021). muchos de los cuales se atribuyeron a problemas en los motores de las aeronaves, como la falta de combustible o el desprendimiento de piezas (Krejsa et al., 2018). Entre 2017 y 2021, esta cifra aumentó a 391 accidentes, 30 de los cuales resultaron fatales (ICAO, 2022). Dado el limitado desarrollo de modelos de este tipo en Colombia, se planteó la necesidad de integrar tanto la dinámica estructural del fuselaje como la del sistema de propulsión. Por tanto, este proyecto se centra en la caracterización de un modelo matemático que incorpore ambas características específicamente para motores turbofán de dos rotores (utilizados en aplicaciones comerciales). En este contexto, la pregunta de investigación clave es la siguiente: ¿Cómo caracterizar un modelo matemático de un motor turbofán que permita observar el comportamiento dinámico en el vuelo a través de volúmenes de control? Para responder la incógnita, este trabajo propone definir los parámetros geométricos que inciden en la estructura del motor y determinar las condiciones iniciales adecuadas para el mismo; luego analizar y caracterizar las relaciones matemáticas y físicas del turbofán, en este caso se realizará con el motor CFM56- 5C2 de General Electric, basando la modelación misma en el modelo de un motor turbojet elaborado por la NASA (Kopasakis et al., 2008), la cual emplea un modelo dinámico que relaciona las ecuaciones de energía, momentum y continuidad (Seldner et al., 1972). El comportamiento dinámico es validado en Matlab® utilizando datos de la literatura, en particular, las condiciones de vuelo proporcionadas en el datasheet de (Élodie Roux, 2007) revelando que el modelo presenta errores menores al 4% con respecto al real, mientras que el modelo que trae “Simulink Toolbox Aerospace” para estudiar sistemas dinámicos mostró un error del 19.85%. Este trabajo abre nuevas perspectivas para investigaciones futuras en el campo de la dinámica de sistemas, para que ante el modelo se puedan implementar sistemas de control predictivo, control de válvulas, inyectores entre otros a partir de un modelo matemático más exacto. Finalmente se realiza una app de Matlab con una interfaz amigable para su uso en la academia; la cual puede encontrarse en Mathworks® en el siguiente enlace: DYNAMIC TURBOFÁN MODEL.