Perfiles Aerodinámicos. Prof. Jesús DE ANDRADE Prof. Miguel ASUAJE

Transcripción

1 Perfiles Aerodinámicos Prof. Jesús DE ANDRADE Prof. Miguel ASUAJE Marzo 2010

2 Perfiles Hidrodinámicos e Extrados Borde de Fuga Borde de Ataque Intrados Esqueleto Perfil es un contorno cerrado, alargado en la dirección del flujo que se caracteriza por un borde de ataque redondeado y por un borde de fuga agudo. Presenta una distribución uniforme de espesores a lo largo de una línea media denominada esqueleto

3 Parámetros geométricos de un perfil Esqueleto o Línea Media h max =Flecha

4 Perfiles Aerodinámicos α 2 α 1 α 1 l α 2 Vr 2 Vr 1 α 1 =ángulo tangente línea de centros en la entrada α 2 =ángulo tangente línea de centros en la salida NOMENCLATURA α 1 =ángulo del fluido en la entrada α 2 =ángulo del fluido de salida i=α 1 -α 1 Incidencia ε= α 1 -α 2 Deflexión d= α 2 -α 2 Desviación

5 Flujo Alrededor de Perfiles Cilindro sumergido en una corriente uniforme de fluido ideal Cuál es la Dirección del Flujo??? Distribución de Presiones simétrica No hay resistencia al movimiento, por lo tanto la fuerza de arrastre es nula

6 Flujo Alrededor de Perfiles Cilindro sumergido en una corriente uniforme de fluido real Flujo muy lento Flujo rápido Vórtices gemelos Distribución de Presiones no simétricas. Hay resistencia al movimiento, Desprendimiento y capa límite Se genera fuerza de arrastre y de sustentación Vórtice Karman

7 Vórtice en una esféra Re u d Re=15,000 Re=30,000 Capa laminar Capa laminar turbulenta Punto de desprendimiento Punto de desprendimiento

8 Perfiles aerodinámicos. Flujo alrededor de un perfil Flujo Ideal sobre un perfil Aislado Flujo Real sobre un perfil Aislado

9 Perfiles aerodinámicos. Flujo alrededor de un perfil Las principales fuerzas que actúan sobre el Perfil son: Sustentación Arrastre Peso L D L = Fuerza de sustentación D = Fuerza de arrastre

10 Perfiles aerodinámicos. Perfil Aislado a - ángulo de ataque F e - ángulo de pérdidas P q L e Momento M X da D a Centroide V Centro de presiones Centro de presiones es función de a y Re

11 Números adimensionales para un perfil. Coeficientes de Análisis En un perfil de geometría determinada se pueden definir los siguientes coeficientes adimensionales: A* A b b. l b l C L L 1 2 m c 2 l 1 C D D 1. c 1 2 m 2 l Coeficiente de sustentación Coeficiente de arrastre

12 Perfiles aerodinámicos. Perfil en rejillas a - ángulo de ataque Z F Z F P q a V da F X Centro de presiones Momento M X

13 Números adimensionales para un perfil. Coeficientes de Análisis También se pueden definir los siguientes números: A l.b A* A b b. l b l FZ A * V 2 FZ V 2 CZ 2 2 V l Coeficiente de sustentación. FX A * V 2 FX V 2 CX 2 2 Velocidad relativa al álabe l Coeficiente de arrastre. C M M la * V 2 2 M V 2 2 l 2 Coeficiente de Momento.

14 Representación de los coeficientes Estos coeficientes se presentan de tres formas distintas, en tablas, en forma de curva polar y en forma de curva CD, CL y Cm en función de a Curvas CD, CL y Cm en función de a: V V hola α (-) α (+) 0 16

15 Representación de los Coeficientes Curva Polar: emin α ctg(e ) C C L D e nos expresa la fineza hidrodinámica o el rendimiento del ala. Al trazar una recta tangente a la curva polar que pase por el origen obtenemos el ángulo de planeo óptimo, emin. El ángulo a correspondiente a la tangencia será el ángulo de incidencia óptimo, es decir el ángulo que proporciona la relación mínima del arrastre al empuje. Angulo de Planeo óptimo aoptimo emin

16 Representación de los Coeficientes Curva Polar: emin Vl Re 10 5 Re b l 3

17 Métodos de Trazado y Análisis de Perfiles (flujo bidimensional) Métodos Experimentales Métodos Matemáticos -Flujo Potencial -Transformación conforme -Singularidades Métodos de simulación computacional

18 Métodos Experimentales Tunel de Viento Modelos de Perfiles

19 Estudio de los Perfiles Experimental. El Tunel de Viento

20 Estudio Experimental El Tunel de Viento

21 Coeficientes de Arrastre

22 Método Analítico. Perfil Joukowsky La transformación de Joukowsky en el plano complejo, es la más simple de un conjunto de transformaciones de la forma: Joukowsky f(z)

23 Aerodinámica en Perfiles 1 1 Joukowski. Methode de Singularités C/C1 0.5 Y Y 1 Y M X, X 1, X M 3.6 Solución Analítica Método de las Singularidades x/l Campo de velocidad alrededor de un perfil Joukowsky aislado b = 0,9 b =10 El coeficiente de Sustentación C L 2 sin a - b

24 Familias de Perfiles Generalmente diseñados con métodos experimentales Göttingen 624 NACA 4412 Joukowski 815 Las formas son representadas en tablas numéricas o expresiones matemáticas

25 Generación de perfiles Se genera una línea media que, teóricamente, indica la trayectoria del flujo a través de la cascada de álabes, o más general, que es responsable de la deflexión que experimenta el flujo en su interacción dinámica con el perfil. Se genera una distribución de espesores independiente de la línea media. La principal función de la distribución de espesores es soportar los esfuerzos resultantes de la interacción del álabe con el flujo, sin embargo por la interferencia que significa su presencia su forma debe ser tal que se minimice el desprendimiento del flujo.

26 Perfiles NACA Serie 6 La serie 6 de los perfiles NACA consiste en un método para la generación de una línea media a partir de parámetros especificados en el código del perfil. Esta serie presenta a su vez un conjunto de subseries (61, 62, 63, 64, 65) para especificar el tipo de distribución de espesores. En compresores los perfiles NACA 65 y los NACA 65A son frecuentemente preferidos. Coeficiente de Sustentación Cl 0 NACA 65,3-218, a=0.5 Serie Sub - serie } Rgo. Coeficiente de sustentación Espesor máximo Designación de línea media

27 Construcción de perfiles. NACA 65 Línea Media Ley de Espesores

28 Perfiles Naca. Serie ,3 % 44,15 % 50 % a=0; cl=0,5 a=0; cl=1 a=0,5; cl=0,5 a=0,5; cl=1 a=1; cl=0,5 a=1; cl=1

29 Los Perfiles 3D Los Perfiles cambian con el radio Punta En: Tamaño Forma Calado Cubo

30 S 2 i Perfiles en rejillas S 1 i Álabes Cubo

31 Perfiles en rejillas

32 Perfiles en rejillas

33 Perfiles en rejillas Campo de utilización Punto A: corresponde a las pérdidas mínimas. Punto B: ubicado en el punto medio de la zona de operación a-c. Punto C: fineza aerodinámica máxima (εmínimo). Punto K: corresponde al 80% de la deflexión máxima. Punto N: punto correspondiente a una distribución de presiones sobre extradós con mínima variación de presión. Utilizado para conseguir maquinas con bajo ruido