Perfiles Aerodinámicos

Prof. Jesús DE ANDRADE

Prof. Miguel ASUAJE

Marzo 2010

Perfiles Hidrodinámicos

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

Borde de Ataque

Borde de Fuga

Extrados

Intrados

Esqueleto

e

Parámetros geométricos de un perfil

Esqueleto o Línea Media

hmax=Flecha

Perfiles Aerodinámicos

NOMENCLATURA

α1´=ángulo tangente línea de centros en la entrada

α2´=ángulo tangente línea de centros en la salida

α1=ángulo del fluido en la entrada

α2=ángulo del fluido de salida

i=α1-α´1 Incidencia

ε= α1-α2 Deflexión

d= α2-α2’ Desviación

α1´

α1

Vr1

Vr2α2´

α2

l

Flujo Alrededor de Perfiles

Cilindro sumergido en una corriente

uniforme de fluido ideal

Distribución de Presiones simétrica

No hay resistencia al movimiento, por lo tanto la fuerza de arrastre es nula

¿¿¿Cuál es la Dirección del

Flujo???

Flujo Alrededor de Perfiles

Cilindro sumergido en una corriente uniforme de fluido real

Distribución de Presiones no simétricas.

Hay resistencia al movimiento, Desprendimiento y capa límite

Se genera fuerza de arrastre y de sustentación

Vórtices gemelosVórtice Karman

Flujo muy lento Flujo rápido

Vórtice en una esféra

Re=15,000 Re=30,000

Capa laminar Capa laminar turbulenta

duRe

Punto de desprendimiento

Punto de desprendimiento

Perfiles aerodinámicos. Flujo alrededor de un perfil

Flujo Ideal sobre un perfil Aislado

Flujo Real sobre un perfil Aislado

Perfiles aerodinámicos. Flujo alrededor de un perfil

Las principales fuerzas que actúan sobre el Perfil son:

Sustentación Arrastre Peso

L = Fuerza de sustentación

D = Fuerza de arrastre

L

D

Perfiles aerodinámicos. Perfil Aislado

e - ángulo de pérdidas

X

a

V∞

L

D

Centro de presiones

q

P

dA

F

e

a - ángulo de ataque

Centroide

Centro de presiones

es función de a y Re

Momento M

Números adimensionales para un perfil. Coeficientes de Análisis

lb

lb

b

A

.A*

12

1 2

lc

LC

m

L

Coeficiente de arrastreCoeficiente de sustentación

12

1 2

lc

DC

m

D

.

En un perfil de geometría determinada se pueden definir los siguientes coeficientes adimensionales:

Perfiles aerodinámicos. Perfil en rejillas

Z

a

V∞

FZ

FX

Centro de presiones

q

P

dA

F

a - ángulo de ataque

X

Momento M

Números adimensionales para un perfil. Coeficientes de Análisis

También se pueden definir los siguientes números:

l2

V

F

2

V*A

F

C2

Z2

Z

Z

l2

V

F

2

V

*A

F

C2

X2

X

X

Coeficiente de

sustentación.

Coeficiente de

arrastre.

Coeficiente de

Momento.

bl.A lb

lb

b

A

.A*

V2

22M

2

V

M

2

V

*A

M

C

l

l

…Velocidad relativa al álabe

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:

hola

16°0

α (+)

α (-) V

V

Representación de los Coeficientes

D

L

C

Cctg )(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.

Curva Polar:emin

e

α

Angulo de Planeo óptimo aoptimo emin

Representación de los Coeficientes

510Re

lV

Curva Polar:emin

Re

3l

b

Métodos de Trazado y Análisis de Perfiles (flujo bidimensional)

Métodos Matemáticos

Métodos de simulación computacional

Métodos Experimentales

-Flujo Potencial

-Transformación conforme

-Singularidades

Métodos Experimentales

Modelos de Perfiles

Tunel de Viento

Estudio de los PerfilesExperimental. El Tunel de Viento

Estudio ExperimentalEl Tunel de Viento

Coeficientes de Arrastre

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)

Aerodinámica en Perfiles

Campo de velocidad alrededor de

un perfil

Joukowsky aislado b = 0,9 b =10

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.51

0.5

0

0.5

1

Joukowski. Methode de Singularités1

1-

Y

Y1

YM

3.60 X X 1, X M,

C/C1

x/lSolución Analítica

Método de las Singularidades

ba - sin2LC

El coeficiente de Sustentación

Familias de Perfiles

Generalmente diseñados con métodos experimentales

Joukowski 815

NACA 4412

Göttingen 624

Las formas son representadas en tablas numéricas o expresiones matemáticas …

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.

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.

NACA 65,3-218, a=0.5

Serie

Sub - serie

Rgo. Coeficiente de sustentación

Coeficiente de Sustentación Cl0

}Espesor máximo

Designación de línea media

Construcción de perfiles. NACA 65

Línea Media Ley de Espesores

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0.05

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

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

32,3%

44,15%

50%

Perfiles Naca. Serie 6

Los Perfiles 3D

Punta

Cubo

Los Perfiles cambian con el radio…

En:TamañoFormaCalado

Perfiles en rejillas

S2

i

S1

i

Cubo

Álabes

Perfiles en rejillas

Perfiles en rejillas

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