Introdução ao mecanismo físico da produção de sustentação aerodinâmica. Os erros de interpretação.Descrição completa
Descripción completa
Descripción completa
Descripción completa
Apuntes de Aerodinámica
04/09/2011
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
1.3.1 Fuerzas y momentos aerodinámicos Al vector principal que actúa sobre el cuerpo que parte del fluido en movimiento relativo se le denomina fuerza resultante aerodinámica ( ). La magnitud de R depende de la forma del cuerpo su rugosidad, la posición relativa al vector de velocidad de flujo. (
Ṝ
Dónde:
no depende del peso
Sistema de coordenadas rectangulares
1
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
1.3.2 Centro de Presión Centro de presión: Es el punto de intersección de la perfil
con la cuerda de un
Los centros que ejercen presión sobre un ala siempre estarán en el centro de ella a través de la cuerda geométrica sin importar el Angulo
Relación de fuerzas de un sistema de coordenadas a otro
2
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
1.4 Nomenclatura del perfil aerodinámico currentilineo
3
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
1.4.2 clasificación de perfiles según la NASA Las características que definen la curvatura de cada perfil de las pruebas en el túnel del viento de laboratorios especializados, los más comunes en la aviación civil son los perfiles de la serie NACA de Estados Unidos, la serie TSAGI de Rusia y los perfiles alemanes Lilienthal.
4
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
1.5 Anatomía de las aeronaves Aeronave: Transporte aéreo que se puede desplazar por sí mismo dentro del seno de la atmosfera mediante las relaciones aerodinámicas que se realizan sobre el aerodino o mientras las relaciones aerostáticas (aerostatos).
5
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
1.5.1 Aviones
Ala: superficie(s) que genera la sustentación principal del avión.
Clasificación por número de alas
Por posición con respecto al fuselaje
Monoplano
Ala baja
Biplano
Ala media
Triplano
Ala alta
6
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
Por tipo de ala
Por tipo de empenaje
Diferentes tipos de colas. (A) Estándar, (B) En forma de “T”, (C) En forma de cruz, (D) Cola con dos estabilizadores verticales, (E) Con tres estabilizadores verticales, (F) Tipo “V -Mariposa”.
7
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
Tipos de tren de aterrizaje
Flecha del ala.
Por ángulo de inclinación.
8
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
Estructura de un ala Las partes principales estructurales del ala son los largueros (spar), las costillas (ribs), y los larguerillos (stringers).
Anatomía de un ala
9
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
Mecanismos del ala
Mecanismos hipersustentadores de borde de salida (flap).
10
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
Generador de vórtices
Alerón
11
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
Interceptor de flujo mecanismos de borde de ataque (Spoiler).
Timón de profundidad
12
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
Timón de dirección
13
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
1.5.2 Helicópteros
Anatomía del helicóptero
14
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
Por número de palas
Bipala Tripala
…n
Por número de motores
Monomotor Bimotor
…n
Por posición del motor
15
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
Clasificación de helicópteros propulsivos
Motor en el eje
Cohete en la punta
mixto
16
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
UNIDAD 2 Levantamiento (Sustentación) La fuerza de levantamiento (sustentación) es la proyección del vector vector velocidad de flujo del sistema de coordenadas del viento.
en el eje perpendicular al
La L se puede presentar con ayuda de gráficas y por medio de su magnitud adimensional.
Coeficiente de levantamiento (sustentación) incluye todos los parámetros menos la posición relativa (α).
La gráfica más común se denomina curva de sustentación
α
17
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
2.1 Teoría de perfiles En esta unidad se aducen problemas relacionados con la aplicación de la teoría aerodinámica al cálculo del flujo de un fluido incomprensible alrededor de un perfil alar. Al considerar la circulación alrededor del perfil podemos adaptarlo como u sector elemental de una superficie sustentadora que pertenece a un ala de envergadura infinita.
Flujo uniforme incomprensible Circulación de velocidad Teorema de locpski
Un importante problema en la aerodinámica del perfil del ala alrededor del cual circulan un flujo uniforma e incomprensible es el cálculo de los coeficientes aerodinámicos de perfiles delgados débilmente curvados, dispuestos bajo ángulos d ataque pequeños. Alrededor de tales perfiles el flujo es poco perturbado por lo que su circulación puede ser calculada sustituyendo por u perfil teórico que consiste en un sistema de torbellinos (vórtices), distribuidos a lo largo de la curvatura media del perfil.
El cálculo aerodinámico de perfiles teóricos nos permite obtener los coeficientes de presión y las fuerzas y momentos que se generan, así como los puntos da aplicación (centro de presión y centro aerodinámico) de dichas fuerzas para todo caso. Circulación. La circulación es una suposición matemática para explicar cómo se genera la sustentación (levantamiento).
Supongamos que el interior de u fluido con movimiento designamos un contorno en “c” que encierra a un cuerpo solido inmerso en u fluido en movimiento
18
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
Observamos que el vector elemental
es igual a la magnitud del arco
y está dirigido a lo largo del
sentido positivo tangente al contorno
La integral del producto escalar de los vectores es igual a :
y ds tomados en la sección abierta AB del contorno
= V = Vs*ds Donde Vs es la proyección del vector velocidad
() sobre la tangente.
Si interpretamos la ecuación anterior tendremos
∫∫
Integrando a lo largo del contorno “C”
Donde
= circulación de velocidad
Si expresamos el producto escalar por medio de sus proyecciones en un sistema de coordenadas rectangulares. Tendremos:
19
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
()
La mayor velocidad sobre el extradós y la menor velocidad en el intradós se pueden explicar teniendo en cuenta que se induce una circulación cuando el ala se mueve con respecto al campo del fluido.
La magnitud de (circulación) depende de la forma del ala, de la velocidad relativa y de la posición relativa (α) (formula)
20
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
Teorema de Joukowski
Para una circunferencia
El surgimiento de la fuerza de sustentación en u cuerpo circundando por u fluido es resultado de las diferencias de presiones que se generan sobre él. Joukowski supuso que un fluido ideal y las fuerzas que actúan sobre u cuerpo se deben a la formación de vórtices y al surgimiento de circulación alrededor de u perfil de forma cualquiera, sumergido en un fluido ideal con desplazamiento de líneas de corriente paralelas en un plano (2D). Al circular u fluido sobre u perfil, en su sección unitaria actúa una fuerza de sustentación que es igual al producto de la densidad, velocidad y circulación sobre el perfil.
21
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
En el teorema se basan los métodos modernos da cálculo de las características aerodinámicas de las hélices y alabes.
dy
dy
y
Este teorema puede ser aplicado a cualquier elemento dy de envergadura finita.
= Circulación dada
L a sustentación L de todo el ala se obtiene integrando a lo largo de la envergadura
∫
22
APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP
Efecto magnus Consiste en el estudio de la L que se genera cunado un flujo circunda a un cilindro en rotación
Ejemplo Un cilindro de 4ft de diámetro y 25 ft de longitud gira a 90 rpm, siendo su eje perpendicular a una corriente de aire con una velocidad de 120 fps. El peso específico del aire es 0.0765 la condición de no deslizamiento entre el cilindro y el flujo circulatorio. Halle: a) Valor de circulación b) Fuerza de sustentación o transversal.
Como = Vαr =; W= Ґ=2πr
. Suponiendo
Datos: d= 4 ft l= 25 ft. n= 90rpm Vα=120 fps = 0.0765
