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ENSAYOS EN TÚNEL AERODINÁMICO
José Meseguer
IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
www.idr.upm.es
2
IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Túnel aerodinámico Túnel aerodinámico
5
1 2 3 4
1: contracción, 2: cámara de ensayos, 3: adaptador, 4: motores, 5: difusor y
conducto de retorno
1: contracción, 2: cámara de ensayos, 3: adaptador, 4: motores, 5: difusor y
conducto de retorno
3
IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Túnel aerodinámico Túnel aerodinámico
1: contracción, 2: cámara de ensayos, 3: adaptador, 4: motores, 5: difusor
1: contracción, 2: cámara de ensayos, 3: adaptador, 4: motores, 5: difusor
1 2 3 4
1 2 3 4 5
4
IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
IDR/UPM: Túnel A9 IDR/UPM: Túnel A9
1: contracción, 2: cámara de ensayos, 3: adaptador, 4: motores
1: contracción, 2: cámara de ensayos, 3: adaptador, 4: motores
5
IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Túnel aerodinámico A9 Túnel aerodinámico A9
Cámara de ensayos
Cámara de ensayos
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
IDR/UPM: Túnel S4IDR/UPM: Túnel S4
Ventiladores (1), cámaras de tranquilización (2), enderezadores y uniformizadores de corriente (3),
contracción (4), cámara de ensayos (5) y difusor de salida (6)
Ventiladores (1), cámaras de tranquilización (2), enderezadores y uniformizadores de corriente (3),
contracción (4), cámara de ensayos (5) y difusor de salida (6)
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Ventilador (1), cámara de tranquilización (2), contracción (3), cámara de ensayos (4) y difusor de salida (5)
Ventilador (1), cámara de tranquilización (2), contracción (3), cámara de ensayos (4) y difusor de salida (5)
IDR/UPM: Túnel S1CIDR/UPM: Túnel S1C
1
2
3
4
5
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Ensayos en túnel aerodinámico
Leyes de semejanza
Leyes de semejanza
Cargas de viento
Cargas de viento
túnel
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Ensayos en túnel aerodinámico
Leyes de semejanzaLeyes de semejanza
Semejanza geométricaSemejanza geométrica
Semejanza cinemáticaSemejanza cinemática
Semejanza dinámicaSemejanza dinámica
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Semejanza geométricaSemejanza geométrica
El modelo ha de ser una reproducción a escala del obstáculo real y su entorno
El modelo ha de ser una reproducción a escala del obstáculo real y su entorno
En el modelo de ensayos han de estar reproducidos todos los detalles
aerodinámicamente significativos
En el modelo de ensayos han de estar reproducidos todos los detalles
aerodinámicamente significativos
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Semejanza geométricaSemejanza geométrica
Dependiendo de lo que se quiera medir, algunos detalles del modelo pueden ser irrelevantes
Dependiendo de lo que se quiera medir, algunos detalles del modelo pueden ser irrelevantes
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Semejanza geométricaSemejanza geométrica
La rugosidad de las gradas no influye en las cargas sobre la cubierta
La rugosidad de las gradas no influye en las cargas sobre la cubierta
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Semejanza cinemáticaSemejanza cinemática
Líneas de corriente semejantesLíneas de corriente semejantes
Los flujos cinemáticamente semejantes han de ser, necesariamente, geométricamente
semejantes
Los flujos cinemáticamente semejantes han de ser, necesariamente, geométricamente
semejantes
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Semejanza cinemáticaSemejanza cinemática
Los flujos geométricamente semejantes no son, necesariamente, cinemáticamente semejantes
Los flujos geométricamente semejantes no son, necesariamente, cinemáticamente semejantes
Perfil en régimen subsónico
Perfil en régimen supersónico
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Semejanza dinámicaSemejanza dinámica
En puntos homólogos las fuerzas de tipos idénticos (presión, rozamiento) son paralelas y
la relación entre sus módulos es constante
En puntos homólogos las fuerzas de tipos idénticos (presión, rozamiento) son paralelas y
la relación entre sus módulos es constante
Se pueden conocer las cargas sobre el objeto real midiendo las cargas sobre el modelo
Se pueden conocer las cargas sobre el objeto real midiendo las cargas sobre el modelo
Para que haya semejanza dinámica ha de haber semejanza cinemática
Para que haya semejanza dinámica ha de haber semejanza cinemática
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Semejanza Semejanza
El principio de semejanza se establece matemáticamente mediante la igualdad, en
la realidad y en los ensayos, de ciertos grupos adimensionales formados con las
variables físicas del problema
El principio de semejanza se establece matemáticamente mediante la igualdad, en
la realidad y en los ensayos, de ciertos grupos adimensionales formados con las
variables físicas del problema
Los grupos adimensionales expresan relaciones entre fuerzas u otro tipo de relaciones (cinemáticas y geométricas)
Los grupos adimensionales expresan relaciones entre fuerzas u otro tipo de relaciones (cinemáticas y geométricas)
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2
21p
Uc
U
2
21p
Uc
U
IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Coeficiente de presiónCoeficiente de presión
Es la relación entre las fuerzas de
presión y las inercia
Es la relación entre las fuerzas de
presión y las inercia212
pp p
cU
212
pp p
cU
En incompresible ...En incompresible ...2 21 1
2 2p U p U 2 21 1
2 2p U p U
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Número de MachNúmero de Mach
Es la relación entre la velocidad incidente y la del
sonido
Es la relación entre la velocidad incidente y la del
sonidoM
Ua
MUa
Mide la importancia de las fuerzas de inercia frente a las que tienen su origen en la
compresibilidad del fluido
Mide la importancia de las fuerzas de inercia frente a las que tienen su origen en la
compresibilidad del fluido
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Número de MachNúmero de Mach
Régimen incompresible: 0 M 0,3Régimen incompresible: 0 M 0,3
Régimen compresibleRégimen compresible
Subsónico: 0,3 M 0,8
Transónico: 0,8 M 1,1
Supersónico: 1,1 M 5,0
Hipersónico: 5,0 M
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Régimen transónicoRégimen transónico
M 0,80M > 1
M 0,95M > 1
M > 1
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Régimen supersónicoRégimen supersónico
M 1,20
M < 1 M > 1
M > 1
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Influencia del número de MachInfluencia del número de Mach
0,3
M
cl
0,5
0,7
0 0,4 0,8
0,4
0,6
0,8
0,2 0,6 1
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Número de ReynoldsNúmero de Reynolds
Es la relación entre las fuerzas de inercia y las
de fricción
Es la relación entre las fuerzas de inercia y las
de fricciónRe
lU
RelU
Re pequeño: flujo laminar
Re grande: flujo turbulento
Re pequeño: flujo laminar
Re grande: flujo turbulento
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Capa límiteCapa límite
La capa límite nace laminar y posteriormente se produce la transición a
capa límite turbulenta
La capa límite nace laminar y posteriormente se produce la transición a
capa límite turbulenta
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Capa límiteCapa límite
Ante un gradiente adverso de presiones se puede producir el desprendimiento de
la capa límite
Ante un gradiente adverso de presiones se puede producir el desprendimiento de
la capa límite
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Capa límiteCapa límite
Un gradiente adverso de presiones es tanto más acusado cuanto menor es la
curvatura del obstáculo
Un gradiente adverso de presiones es tanto más acusado cuanto menor es la
curvatura del obstáculo
Punto deremanso
1
cpdcp/d
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Perfiles de alaPerfiles de ala
28
Capa límite turbulentaCapa límite turbulenta
Capa límite laminarCapa límite laminar
IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Polar de un perfil de alaPolar de un perfil de ala
cl
cd
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Capa límiteCapa límite 1
2
3
cl
3
1
2
Sobrepasado un cierto valor del ángulo de ataque se
produce la entrada en pérdida
Sobrepasado un cierto valor del ángulo de ataque se
produce la entrada en pérdida
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Cuerpos no fuseladosCuerpos no fuselados
La capa límite se desprende en las aristas a números de Reynolds bajos. La configuración
depende poco del número de Reynolds una vez superado el valor crítico
La capa límite se desprende en las aristas a números de Reynolds bajos. La configuración
depende poco del número de Reynolds una vez superado el valor crítico
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Cuerpos fuselados o redondeadosCuerpos fuselados o redondeados
102101 103 104 105 1060
0,4
0,8
1,2
1,6cD
Re
Coeficiente de resistencia de
esferas y placas planas
Coeficiente de resistencia de
esferas y placas planas
El desprendimiento de la capa límite depende del número de Reynolds. Las cargas cambian con Re
El desprendimiento de la capa límite depende del número de Reynolds. Las cargas cambian con Re
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Flujo alrededor de una esfera (Re bajo)Flujo alrededor de una esfera (Re bajo)
Desprendimiento laminar: estela amplia, resistencia aerodinámica grande
Desprendimiento laminar: estela amplia, resistencia aerodinámica grande
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Flujo alrededor de una esfera (Re alto)Flujo alrededor de una esfera (Re alto)
Desprendimiento turbulento: estela estrecha, resistencia aerodinámica pequeña
Desprendimiento turbulento: estela estrecha, resistencia aerodinámica pequeña
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Flujo alrededor de un cilindro de sección circular
Flujo alrededor de un cilindro de sección circular
Influencia de la rugosidad superficial
Influencia de la rugosidad superficial
104
0,4
0
0,8
1,2
105 106
cd
Re
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Número de Jensen: Je = L/z0Número de Jensen: Je = L/z0
01000 2000 30000
0,5
1,0
1,5
cp
Je
cp
Túneles aerodinámicos para aplicaciones de aerodinámica civil
Túneles aerodinámicos para aplicaciones de aerodinámica civil
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Ensayos en túnel aerodinámicoEnsayos en túnel aerodinámico
Criterios de semejanzaCriterios de semejanza
Semejanza geométrica
Número de Mach (U/a)
Número de Reynolds (UL/)
Número de Jensen (L/z0)
¡IMPOSIBLE!
¡IMPOSIBLE!
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Los valores de los parámetros de semejanza condicionan el diseño de las
instalaciones de ensayo
Los valores de los parámetros de semejanza condicionan el diseño de las
instalaciones de ensayo
Bloqueo de la cámara de ensayos (L2/A)
Potencia requerida (AU3)
Presión sobre las paredes de la cámara (U2)
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Túnel supersónicoTúnel supersónico
RequisitosRequisitos
Número de Mach (U/a) y número de Reynolds (UL/) altos velocidad U alta , problemas de interferencia con la paredes
Potencia (AU3) y cargas (U2) elevadas
Cámaras de ensayo (A) y modelos (L) pequeños
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Túnel para aerodinámica civilTúnel para aerodinámica civil
RequisitosRequisitos
Régimen incompresible (U/a 0) y número de Reynolds (UL/) superior al valor
crítico velocidad U moderada
Potencia (AU3) y cargas (U2) pequeñas
Cámaras de ensayo (A) y modelos (L) grandes
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Túneles aerodinámicos Túneles aerodinámicos
0
1
10
100
0 340 680 1020 1360 1700 2040
U [m/s]
A 1/2 [m]EE.UU U.E.
Japón Cánada
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Ensayos en Túnel A9
Ensayos en Túnel A9
Torre de control del aeropuerto de Barcelona (1998)
Torre de control del aeropuerto de Barcelona (1998)
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Perfil NACA 0012Perfil NACA 0012
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
NACA 0012, tomas de presiónNACA 0012, tomas de presión
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Medida de coeficiente de presiónMedida de coeficiente de presión
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Ensayos en Túnel A9
Ensayos en Túnel A9
Modelo S4Modelo S4
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Ensayos en Túnel A9
Ensayos en Túnel A9
Modelo S5Modelo S5
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Ensayos en Túnel A9
Ensayos en Túnel A9
Modelo de velaModelo de vela
48
IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Ensayos en Túnel A9
Ensayos en Túnel A9
TalgoTalgo
49
IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Ensayos en Túnel A9
Ensayos en Túnel A9
TalgoTalgo
50
IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Medida de presión: manómetroMedida de presión: manómetro
p = ghp = gh
h g
h
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
p1 p2= k = kVVp1 p2= k = kVV
Medida de presión: cápsula manométricaMedida de presión: cápsula manométrica
p1 p2
Membrana deformable () Extensímetro (V)
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Tubo de PitotTubo de Pitot
2 20
1 1
2 2p U p U p
2 20
1 1
2 2p U p U p
p0 p
p
p0U
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Medida de
velocidad
Medida de
velocidad
h
20
1
2p U p
20
1
2p U p
02 p pU
02 p pU
2U gh 2U gh
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Medida de coeficiente de presiónMedida de coeficiente de presión
0
0 0
1p
p pp pc
p p p p
0
0 0
1p
p pp pc
p p p p
p
p0 p
212
p
p pc
U
21
2
p
p pc
U
55
IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Medida de fuerzasMedida de fuerzas
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IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS
Ensayos en Túnel A9
Ensayos en Túnel A9
Modelo S5Modelo S5