Práctica de Aerodinámica 5AM3 Coeficientes aerodinámicos
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL E. S. I. M. E. Unidad Ticomán INGENIERIA AERONAUTICA LABORATORIO DE AERODINAMICA PRACTICA 7 COEFICIENTES AERODINÁMICOS EN UNA ALA Laboratorista: ING. Daniel
Equipo:
Machorro Macías Sergio A. Rodríguez Serna Melchor Valdez Dávila Irving Said Contreras Téllez Gabriel Hazael
Grupo: 5AM3 Elaboró: Machorro Macías Sergio Alberto
Coeficientes aerodinámicos
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Práctica de Aerodinámica 5AM3 Coeficientes aerodinámicos
PRÁCTICA No. 7 COEFICIENTES AERODINÁMICOS EN UNA ALA Objetivo: Conocer el efecto de la variación del alargamiento en los coeficientes aerodinámicos de un ala.
Consideraciones Teóricas: Los coeficientes aerodinámicos son números adimensionales que se utilizan para el estudio aeronáutico o aerodinámico de las fuerzas y momentos que sufre un cuerpo cualquiera en movimiento en un fluido, en este caso, el aire. Algunos de los coeficientes más conocidos son el coeficiente de sustentación , el coeficiente de arrastre o el coeficiente de penetración . La adimensionalización de las magnitudes se realiza con el fin de aprovechar las simplificaciones que el análisis dimensional aporta al estudio experimental y teórico de los fenómenos físicos. Para adimensionalizar fuerzas se emplea la cantidad adimensionalizar momentos
, y para
, donde:
es la densidad del fluido en el que se mueve el cuerpo, es la velocidad relativa de la corriente de aire incidente sin perturbar. es una superficie de referencia, la cual depende del cuerpo en particular. Por ejemplo, para un cuerpo romo suele emplearse la superficie frontal del mismo, es una longitud de referencia, la cual también depende del cuerpo. Por ejemplo, para un ala se puede emplear la cuerda media aerodinámica o la envergadura alar .
Las fórmulas resultantes para los diferentes coeficientes a veces se abrevian utilizando la magnitud
, la cual recibe el nombre de presión dinámica.
La fuerza y momento resultantes de la interacción entre el cuerpo y el fluido son magnitudes vectoriales, por lo que resulta más sencillo estudiar sus componentes según los ejes de algún triedro de referencia adecuado. Los coeficientes aerodinámicos habitualmente se refieren a dichas componentes y adoptan definiciones y nombres particulares según cual sea la elección de dicho triedro. El más habitual es el denominado ejes viento.
Coeficientes aerodinámicos
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Práctica de Aerodinámica 5AM3 Coeficientes aerodinámicos
Equipo y material:
Túnel de presión total modelo TE- 44 Balanza aerodinámica de tres componentes Manómetro de 36 columnas Mangueras y conectores Ala con perfil NACA 0012 de 6 pulg. de cuerda y 6 pulg. de envergadura Ala con perfil NACA 0012 de 6 pulg. de cuerda y 12 pulg. de envergadura Ala con perfil NACA 0012 de 6 pulg. de cuerda y 18 pulg. de envergadura
Desarrollo 1.- Determinación de las condiciones ambientales. a) Se deberán de efectuar lecturas en los instrumentos (barómetro, termómetro e higrómetro) antes de iniciar y al finalizar los experimentos, anotando los valores en a tabla siguiente:
P Zcorregida
P Zcorregida
1 1 0.0000184 C T Pleida 1 0.0001818 1 T C 1 1 0 . 0000184 25 C 590.4mmHg 1 1 0.0001818 25 C
P Zcorregida 587.99mmHg 7979.02
kg m2
Pv H R Ps Ps 2.6851 3.537 10 T
2.245
3
Ps 2.6851 3.537 10 3 77 F
2.245
Ps 63.47
lb 2
f t
309.81
PV (0.71)(309.81 PV 219.96
z
kg m
2
kg m
2
)
kg m2
kgm kg kg UTM 7979 . 02 0 . 3779 2819 . 96 . 0827 . 8115 2 2 3 3 m m m m m m 9.81 2 29.256 291K s K 1
Coeficientes aerodinámicos
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Práctica de Aerodinámica 5AM3 Coeficientes aerodinámicos b) Con valores promedio obtenidos se deberá calcular
laboratorio. Densidad del aire en el laboratorio: z
la densidad del aire en el
0.0827
kg.s 2 m
4
0.8115
kg m
3
2.- Determinación de los coeficientes aerodinámicos de alas de diferentes alargamientos con perfil NACA 0012. 3.- Registro gráfico. Para los tres tipos de alas, realizar las siguientes gráficas, indicando en ellas el valor de la pendiente de levantamiento que corresponde a cada ala y el número de Reynolds para el cual son válidas.
I.
Ala de alargamiento infinito
Colocar la balanza aerodinámica en el túnel TE-44, seguidamente, proceder a colocar el modelo de ala con perfil NACA 0012 de 18 pulgadas de envergadura y situarlo a cero grados de ángulo de ataque con ayuda de la línea de eje que esta en una de las ventanas de acrílico de la sección de prueba y colocando al transportador de la balanza en la posición o “0”. Posteriormente se colocará el perfil a -2 de ángulo de ataque para comenzar a realizar o mediciones de 2 en 2 hasta 18º. El túnel se calibrará a la máxima presión diferencial de referencia (PDR), registrando los resultados en las tablas siguientes: VALORES DE PRESION en mmH2O Pt: 38.6 Pe: 30 q= Pt - Pe 8.6
Superficie= 929.0304 cm 2
Alargamiento = 18pulgadas = 60.96cm α
LTR (N)
LDEL (N)
LTOTAL (N)
LTOTAL (Kg)
D (N)
D (Kg)
-2°
-5.8
-5.9
-11.7
-1.1927
0.5
0.0510
-0.000149
0.000063
0°
-2.2
-2.5
-4.7
-0.4791
0.4
0.0408
-0.000060
0.000050
-2°
0.7
0.2
0.9
0.0917
0.4
0.0408
0.000011
0.000050
-4°
4.6
3.8
8.4
0.8563
0.4
0.0408
0.000107
0.000050
-6°
7.3
6.5
13.8
1.4067
0.5
0.0510
0.000176
0.000063
-8°
11.1
10
21.1
2.1509
0.6
0.0612
0.000269
0.000075
-10°
14.7
13.2
27.9
2.8440
0.9
0.0917
0.000356
0.000113
-12°
16.8
15.3
32.1
3.2722
1.3
0.1325
0.000410
0.000163
-14°
19.5
17
36.5
3.7207
2.5
0.2548
0.000466
0.000313
-16°
20.2
16.7
36.9
3.7615
4.5
0.4587
0.000471
0.000563
-18°
20.8
15.7
36.5
3.7207
6.6
0.6728
0.000466
0.000826
Coeficientes aerodinámicos
CL
CD
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Práctica de Aerodinámica 5AM3 Coeficientes aerodinámicos α o t n 0.000600 e i m 0.000400 a t n a v 0.000200 e l e d 0.000000 e t n -0.000200 e i c 0 i f e o C
2
vs CL
4
6
8
10
12
Ángulo de ataque
α
vs CD
0.001000
e r t 0.000800 s a r r 0.000600 a e d 0.000400 e t n 0.000200 e i c 0.000000 i f e 0 C
2
4
6
8
10
12
Ángulo de ataque
CL vs CD 0.000600
o t n 0.000500 e i m 0.000400 a t n a 0.000300 v e l 0.000200 e d 0.000100 e t n e i 0.000000 c i f e -0.000100 o C
-0.000200 0.000000
0.000200
0.000400
0.000600
0.000800
0.001000
Coeficiente de arrastre
II.
Alas de alargamiento finito
Coeficientes aerodinámicos
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Práctica de Aerodinámica 5AM3 Coeficientes aerodinámicos Siguiendo los mismos pasos que en el punto anterior pero trabajando ahora con el ala de 12 pulgadas de envergadura y posteriormente con la de 6 pulgadas, sin olvidar sujetar el plato triangular al cambiar las alas de la balanza aerodinámica. Registrando los datos en las siguientes tablas:
Alargamiento = 12 pulgadas = 30.48 cm
Superficie = 464.5152 cm2
α
LTR (N)
LDEL (N)
LTOTAL (N)
LTOTAL (Kg)
D (N)
D (Kg)
CL
CD
-2°
-0.6
-0.8
-1.4
-0.1427
0.2
0.0204
-0.000036
0.000050
0°
0.8
0.7
1.5
0.1529
0.2
0.0204
0.000038
0.000050
2°
2.3
2.2
4.5
0.4587
0.2
0.0204
0.000115
0.000050
4°
3.8
3.6
7.4
0.7543
0.4
0.0408
0.000189
0.000100
6°
5.1
4.9
10
1.0194
0.6
0.0612
0.000255
0.000150
8°
7
6.7
13.7
1.3965
1
0.1019
0.000350
0.000250
10°
8.2
7.8
16
1.6310
1.3
0.1325
0.000408
0.000325
12°
9.6
9.1
18.7
1.9062
1.8
0.1835
0.000477
0.000451
14°
10.6
9.9
20.5
2.0897
2.23
0.2273
0.000523
0.000558
16°
11.7
10.6
22.3
2.2732
3.3
0.3364
0.000569
0.000826
18°
12.2
9.5
21.7
2.2120
5.4
0.5505
0.000554
0.001352
α o t n 0.000600 e i m a t 0.000400 n a v 0.000200 e l e d 0.000000 e t n -0.000200 e i c i 0 f e o C
2
vs CL
4
6
8
10
12
Ángulo de ataque
α
vs CD
0.001500
e r t s a r r 0.001000 a e d 0.000500 e t n e i c i 0.000000 f e 0 o C
Coeficientes aerodinámicos
2
4
6
8
10
12
Ángulo de ataque
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Práctica de Aerodinámica 5AM3 Coeficientes aerodinámicos
CL vs CD 0.000600
o t n 0.000500 e i m a t 0.000400 n a v 0.000300 e l e d 0.000200 e t n 0.000100 e i c i f e 0.000000 o C
-0.000100 0.000000 0.000200 0.000400 0.000600 0.000800 0.001000 0.001200 0.001400 0.001600
Coeficiente de arrastre
Superficie = 232.2576 cm 2
Alargamiento = 6 pulgadas = 15.24 cm α
LTR (N)
LDEL (N)
LTOTAL (N)
LTOTAL (Kg)
D (N)
D (Kg)
CL
CD
-2°
0.2
0.1
0.3
0.0306
0.16
0.0163
0.000015
0.000080
0°
0.7
0.6
1.3
0.1325
0.17
0.0173
0.000066
0.000085
2°
1.2
1.1
2.3
0.2345
0.22
0.0224
0.000117
0.000110
4°
1.8
1.7
3.5
0.3568
0.3
0.0306
0.000179
0.000150
6°
2.2
2
4.2
0.4281
0.47
0.0479
0.000214
0.000235
8°
2.6
2.4
5
0.5097
0.6
0.0612
0.000255
0.000300
10°
3.3
3
6.3
0.6422
0.87
0.0887
0.000322
0.000436
12°
3.8
3.5
7.3
0.7441
1.13
0.1152
0.000373
0.000566
14°
4.2
3.7
7.9
0.8053
1.34
0.1366
0.000403
0.000671
16°
4.7
4
8.7
0.8869
1.84
0.1876
0.000444
0.000921
18°
4.9
3.8
8.7
0.8869
2.63
0.2681
0.000444
0.001317
α o t 0.000500 n e i 0.000400 m a t 0.000300 n a v 0.000200 e l e d 0.000100 e t 0.000000 n e i 0 c i f e o C
2
Coeficientes aerodinámicos
vs CL
4
6
8
10
12
Ángulo de ataque
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Práctica de Aerodinámica 5AM3 Coeficientes aerodinámicos α
vs CD
0.001500
e r t s a r r 0.001000 a e d 0.000500 e t n e i c i 0.000000 f e 0 o C
2
4
6
8
10
12
Ángulo de ataque
CL vs CD 0.000500
o t 0.000450 n e i 0.000400 m a t 0.000350 n a 0.000300 v e l 0.000250 e d 0.000200 e t n 0.000150 e i c i 0.000100 f e 0.000050 o C
0.000000 0.000000
0.000200
0.000400
0.000600
0.000800
0.001000
0.001200
0.001400
Coeficiente de arrastre
Velocidad del viento (m/s) Longitud de Referencia (cuerda del perfil)m Viscosidad del airea la temp. Ambiente promedio UTM/ms Re donde son válidas dichas gráficas
33.0257 m/s 0.1524 m 1.836734x10 UTM/ms 2740
4.- Cuestionario: 1. Explique para qué sirven y cómo funcionan las aletas que se colocan en las puntas de las alas de los aviones modernos.
Las aletas colocadas en las puntas de las alas “winglets” reducen la resistencia inducida causada por las turbulencias de punta de ala, aumentando el alargamiento efectivo (sin aumentar la envergadura).
Coeficientes aerodinámicos
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Práctica de Aerodinámica 5AM3 Coeficientes aerodinámicos En la punta del ala se produce un desprendimiento del flujo en forma de torbellino (turbulencia), al pasar por la sección transversal del ala a cero. Este desprendimiento aumenta la resistencia aerodinámica del avión cuanto mayor sea la intensidad del torbellino. Los torbellinos van reduciendo su intensidad al reducirse la sección transversal del ala y, por tanto, la diferencia de presiones. De este modo, cuanto más larga sea el ala, menor será su intensidad. 2. Un avión tiene una masa igual a 7,250kg, una envergadura de 12.4m. Si la carga 2 alar es de 1.968kN/m ; Determine el valor de la resistencia al avance inducida para una velocidad de crucero igual a 300kt a 20,000ft de altitud.
b = 12.4m
Solución.
Carga alar (W/S) = 1.968 kN/m Vel. crucero = 300 kt = 154.2 m/s Altitud = 20 000 ft = 6 096 m Densidad = 0.065318 kg/m ( ) Masa del avión = 7250 kg
masa
2
3
3. Explique cómo varia la pendiente de levantamiento de un ala al variar su alargamiento.
Como lo visto en clase para una mayor eficiencia se necesita mayor alargamiento, pues esto incrementa la pendiente de levantamiento del avión, pero acarrea muchos problemas, tanto estructurales como de espacio, pues se necesitaría un lugar muy amplio para este tipo de alas 4. Explique por qué se dice que un perfil tiene características aerodinámicas de un ala de alargamiento infinito.
Porque un perfil es bidimensional, y los flujos analizados en él también lo son, así mismo el flujo que pasa a alrededor de un ala de envergadura infinita deberá comportarse como un flujo que pasa alrededor de un perfil aerodinámico. 5. Explique cómo se logran simular en el túnel de viento las características de un ala de alargamiento infinito.
Esto se logra colocando un perfil en el túnel de viento que ocupe todo el ancho de la sección de prueba.
Coeficientes aerodinámicos
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Práctica de Aerodinámica 5AM3 Coeficientes aerodinámicos
Conclusiones Por medio de ésta práctica logramos comprender la diferencia que hay entre las gráficas de un perfil aerodinámico y un ala que tiene una tercera dimensión (el alargamiento). Esta práctica nos fue útil para poder comprender mejor cómo es que afecta la variación del alargamiento de un ala en un perfil y de qué manera actúan los diferentes alargamientos en los coeficientes de levantamiento y de resistencia al avance así como en sus gráficas. Observamos que hay una variación significativa en los coeficientes de arrastre y levantamiento según fuese su alargamiento.
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