3. Aerodinamica i

N o m b r e : 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

P r o f e s o r : 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 2

0 4 / 0 9 / 2 0 1 1

Apuntes de Aerodinámica

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

1

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


2

1.3.2 Centro de Presión

Centro de presión: Es el punto de intersección de la con la cuerda de un

perfil

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


3

1.4 Nomenclatura del perfil aerodinámico currentilineo


4

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.


5

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

Globo libre

Globo cautivo

Esférico

No esférico

Esférico

No esférico

Dirigible

Rígido

Semirrígido

No rígido

Aerodinos

Sin

motor

Con

motor

Planeador

(libre)

Cometa

(cautiva)

Avión

Giro avión

(ala

rotativa)

Ornitóptero

(ala

batiente)

Terrestre

Acuático

Anfibio

Terrestre

Acuático

Anfibio

Terrestre

Acuático

Anfibio

Terrestre

Acuático

Anfibio

Giro plano

Helicóptero

Terrestre

Acuático

Anfibio

Aeronaves

Con

motor

Sin

motor


6

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


7

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”.


8

Tipos de tren de aterrizaje

Flecha del ala.

Por ángulo de inclinación.


9

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


10

Mecanismos del ala

Mecanismos hipersustentadores de borde de salida (flap).


11

Generador de vórtices

Alerón


12

Interceptor de flujo mecanismos de borde de ataque (Spoiler).

Timón de profundidad


13

Timón de dirección


14

1.5.2 Helicópteros

Anatomía del helicóptero


15

Por número de palas

Bipala

Tripala

…n

Por número de motores

Monomotor

Bimotor

…n

Por posición del motor


16

Clasificación de helicópteros propulsivos

Motor en el eje

Cohete en la punta

mixto


17

UNIDAD 2 Levantamiento (Sustentación)

La fuerza de levantamiento (sustentación) es la proyección del vector en el eje perpendicular al

vector velocidad de flujo del sistema de coordenadas del viento.

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 𝑪𝑳 (es

lineal) hasta cierto punto o valor

máximo, hasta el 80% de 𝑪𝑳.


18

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


19

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:


20

( )

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)


21

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.


22

En el teorema se basan los métodos modernos da cálculo de las características aerodinámicas de

las hélices y alabes.

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

∫

dy

y

dy


23

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

. 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 = Vαr

=

; W=

Por lo tanto

Ґ=2πW

=

18.850ft/s

Ґ=2πr = 2π (2ft)(18.850ft/s)= 236.876

(

) (

)

Datos:

d= 4 ft

l= 25 ft.

n= 90rpm

Vα=120 fps 𝒇𝒕

𝒔

ɤ= 0.0765 𝒍𝒃

𝒇𝒕𝟑


24

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)

2.2.1

Subsónicas Ma<1

Transónicas 0.86<Ma<1.2

Supersónicas Ma>1

3. Aerodinamica i

Documents

Transcript of 3. Aerodinamica i