Apuntes de Aerodinámica. G r u p o : 5 A M 2. Y e s s i c a G i s s e l l e M a r t í n e z P é r e z. H e r n á n d e z T a m a y o

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1 Apuntes de Aerodinámica N o m b r e : P r o f e s o r : Y e s s i c a G i s s e l l e M a r t í n e z P é r e z D r. J o r g e H e r n á n d e z T a m a y o G r u p o : 5 A M / 0 9 /

2 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 (Ṝ). La magnitud de R depende de la forma del cuerpo su rugosidad, la posición relativa al vector de velocidad de flujo. ( Dónde: no depende del peso Sistema de coordenadas rectangulares 1

3 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

4 1.4 Nomenclatura del perfil aerodinámico currentilineo 3

5 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

6 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). Aerostatos Sin motor Globo libre Globo cautivo Esférico No esférico Esférico No esférico Con motor Dirigible Rígido Semirrígido No rígido Aeronaves Sin motor Planeador (libre) Cometa (cautiva) Terrestre Acuático Anfibio Aerodinos Avión Terrestre Acuático Anfibio Con motor Giro avión (ala rotativa) Giro plano Helicóptero Terrestre Acuático Anfibio Terrestre Acuático Anfibio Ornitóptero (ala batiente) Terrestre Acuático Anfibio 5

7 1.5.1 Aviones Ala: superficie(s) que genera la sustentación principal del avión. Clasificación por número de alas Monoplano Por posición con respecto al fuselaje Ala baja Biplano Ala media Triplano Ala alta 6

8 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

9 Tipos de tren de aterrizaje Flecha del ala. Por ángulo de inclinación. 8

10 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

11 Mecanismos del ala Mecanismos hipersustentadores de borde de salida (flap). 10

12 Generador de vórtices Alerón 11

13 Interceptor de flujo mecanismos de borde de ataque (Spoiler). Timón de profundidad 12

14 Timón de dirección 13

15 1.5.2 Helicópteros Anatomía del helicóptero 14

16 Por número de palas Bipala Tripala n Por número de motores Monomotor Bimotor n Por posición del motor 15

17 Clasificación de helicópteros propulsivos Motor en el eje Cohete en la punta mixto 16

18 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 Si aumenta α, aumenta C L (es lineal) hasta cierto punto o valor máximo, hasta el 80% de C L. 17

19 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

20 Observamos que el vector elemental ds es igual a la magnitud del arco ds y está dirigido a lo largo del sentido positivo tangente al contorno ds=t. La integral del producto escalar de los vectores ך y ds tomados en la sección abierta AB del contorno es igual a : = 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

21 ( ) 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

22 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

23 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

24 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 Suponiendo la condición de no deslizamiento entre el cilindro y el flujo circulatorio. Halle: a) Valor de circulación b) Fuerza de sustentación o transversal. Ґ=2πr Como = ; W= = Vαr Por lo tanto Datos: d= 4 ft l= 25 ft. n= 90rpm Vα=120 fps ft s ɤ= lb ft 3 Ґ=2πW = ft/s Ґ=2πr = 2π (2ft)(18.850ft/s)= ( ) ( ) 23

25 Características aerodinámicas de 1 perfil Levantamiento o momento de cabeceo. Levantamiento o sustentación puede obtenerse teóricamente o experimentalmente. Los resultados pueden expresarse gráficamente con ayuda de la curva de sustentación (CL Vs α ó CL= F(α)) En donde el S= superficie alar (superficie unitaria) Subsónicas Ma<1 Transónicas 0.86<Ma<1.2 Supersónicas Ma>1 24

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