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• Jorge Vinueza Bravo

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• Ingeniería Aeroespacial
• Dinámica de fluidos

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CAPITULO 3

Metodología

En el presente capítulo se presentarán los pasos y procedimientos a seguir para el análisis de los 4 perfiles, cabe mencionar que gran parte de la información aquí presentada tiene como base la Internet debido a que los estándares de los perfiles deben ser extraídos de estas fuentes para el concurso de Aero-Design de SAE.

Como primer paso, se deberán seleccionar diversos tipos de perfiles de ala que cumplan con las condiciones que el avión a diseñar lo requiera, que en este caso debe ser de carga, por lo que el ala debe cumplir con un cierto rango de número de Reynolds y se deben tomar en cuenta las curvas polares, en las que encontramos los datos de coeficientes de: arrastre, de sustentación y de ángulo de ataque, que tiene el perfil, como referencia para el concurso de Aero design de Sae, se ha decidido tomar los datos de la página de la NASG (Nihon Univ, ubicada en Japón. Aero Student Group),

donde la información antes dicha se encuentra para

diversos perfiles. Actualmente algunas de las especificaciones de SAE con las que debe contar la aeronave son: La carga mínima a levantar serán 8 libras, la longitud total del ala será de 60 pulgadas como máximo.

3.1 Perfiles de ala seleccionados

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• Selig 1223

(S1223)

• Liebeck LD-X17A

(LA203A)

• Wortman FX-74-CL5

(FX74)

• Eppler 423

(E423)

En el último concurso de Aero design en que el Departamento de Ingeniería

Mecánica de la Universidad de las Américas-Puebla

incursionó, fue con el perfil que a continuación se presenta. Nombre del perfil: Worthman FX63-137 (Fig. 3.1) Perfil del ala (esta curva puede ser insertada en diversos tipos de paquetes, como Autocad, Mechanical Destop, Pro-E).

Fig. 3.1 Curva del perfil

Datos del perfil (tabla 3.2) Grosor

0.1371m

Radio de borde principal

0.0094

Curva

0.0597

Rastreo de ángulo de borde [deg]

21.1598

Revelador Grupo de Desarrollo

Grupo Wortmann

Registrante

Hiroshi Takeuchi

Categoría

[Baja velocidad] [Avión Impulsado por humano]

Comentario

Wortmann FX 63-137 avión Impulsado por humano perfil (Hígado Puffin) Tabla 3.2 Datos geométricos del perfil(unidades en metros)

Curva polar del perfil (Figura 3.3)

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Fig. 3.2 Curva polar del perfil Worthman FX63-137

Tabla3.3 Datos del perfil perfil Worthman FX63-137 Número de Reynolds

100800.0000

Comentario

Versión A. La fuente:M.S.Selig, J.F.Donovan y D.B.Fraser, " SUPERFICIE SUSTENTADORA EN BAJAS VELOCIDADES ", Soartech #8

Registrante

Hiroshi Takeuchi

Obtenido de

Medida de túnel aerodinámico

El grupo probado

UIUC LSAT (University of Illinois)

Mach ----

Para este perfil se presentan varias mediciones de las curvas polares, teniendo diversos datos en cuanto al número de Reynolds, en este caso van desde el 100800 hasta el 308600 (Figura 3.3),

como las curvas

pueden sobreponerse para analizar mejor las características, los datos se pueden presentar también de la siguiente manera(Figura 3.3).

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La importancia de estas gráficas es el poder obtener el coeficiente de lift a diferentes números de Reynolds y comparar en un mismo punto el coeficiente de Drag que tiene para el número antes mencionado. Al encontrar estos datos se puede pasar a otra gráfica para analizar a que ángulo de ataque se va a alcanzar el coeficiente requerido.

Figura 3.3 Curvas polares

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Fig. 3.4 Curvas polares

3.2 Digitalización de los perfiles de estudio Habiendo

seleccionado

los

4

perfiles(Selig

1223,

Liebeck

LD-

X17A,Wortman FX-74-CL5,Eppler 423)se procederá a insertar los mismos en Autocad, dando en un principio una serie de puntos que a su vez con una polilínea formarán el contorno del perfil.(Fig.3.5)

Fig. 3.5 Perfil realizado en Autocad por medio de una sucesión de puntos que al unirse la forman

Posteriormente se creará una malla en el perfil para poder realizar el análisis en el paquete computacional Fluent 6.0 (Fig. 3.6)

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Fig. 3.6 Malla del perfil Wortman FX-74-CL5. Acción de extruir la polilínea para crear un objeto tridimensional.

Cabe mencionar que, por falta de presupuesto, los 4 perfiles serán enviados a analizar a la empresa Cavendish Instruemnts de MéxicoS.A. de C.V. en la Ciudad de Chihuahua, Chihuahua y con la información obtenida se realizará el análisis correspondiente para determinar al perfil idóneo. Las pruebas que le harán a cada uno de los perfiles se realizarán de la siguiente manera: Este es un esquema que pretende que el entendimiento del proceso sea mejor, aclarando que los datos que serán dados a la gente de pruebas consistirán a partir del paso 2.

Paso 1

Paso2

UNIGRAPHICS

ANSA o CAD

Modelo en CAD

Rejilla/red superficial

60

Paso3

TGRID/GAMBIT Rejilla de 3D híbrida

Paso 4

Paso 5

FLUENT6.0

FLUENT6.0

Solución numérica (computadora)

Rejilla automática

Ecuaciones de flujo

adaptación

Paso6 FLUENT6.0 Visualización/ Análisis de datos

3.3 Ejemplo del análisis aerodinámico en un automóvil (Opel Astra) A continuación se mostrará un procedimiento gráfico que describa mejor los 5 pasos del análisis descrito en el diagrama de flujo anterior. dados los mismos en un modelado de un automóvil ya analizado. (fig. 3.7-3.11),

3.3.1 El modelo en CAD. Este es el modelo de un automóvil Opel Astra el cual ha sido digitalizado para poder empezar con el análisis a traves de Fluetn 6.0.

61

Fig .3.7 Modelo en CAD

3.3.2 Rejilla o malla superficial

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Fig. 3.8 Malla superficial

Las anteriores mallas o rejillas tienen como función unir toda la estructura en nodos y al ser introducidos en la digitalización toman al objeto como un objeto en su totalidad para posteriormente ser analizados.

3.3.3 Rejilla híbrida La rejilla híbrida se construye alrededor de la estructura a analizar simulando las paredes o límites, en donde, en ambiente real, estaría ubicado el objeto de estudio dentro del rango de alcance del viento.

Fig. 3.9 Rejilla híbrida

3.3.4 Visualización del flujo y solución numérica En este punto del análisis ya se puede observar cómo el aire pasa sobre la estructura, mostrando en diversos colores la resistencia del viento o los

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esfuerzos provocados por éste, se debe mencionar que el color rojo siempre se maneja como negativo o pérdidas y el azul como positivo o ganancia. En cuestiones de aerodinámica los rizos o colores más claros (gris, blanco) san como significado turbulencia. Al mismo tiempo el paquete Fluent 6.0 va obteniendo los datos numéricos de interés para el análisis.

Fig. 3.10 Visualización del flujo y solución numérica

3.3.5 Gráficas de resultados Los resultados serán presentados gráficamente y podrán mostrar el coeficiente de arrastre contra coeficiente de sustentación y el ángulo de ataque contra, el coeficiente de sustentación, que son los dos tipos de gráficas realmente significativos para este análisis (Fig.3.11), además de una simulación en el túnel de viento, para una representación gráfica y más comprensible del efecto del aire sobre cada perfil. (Fig. 3.12)

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Finalmente se harán las comparaciones entre los 4 perfiles, y se establecerá cual de ellos es el más elegible y capaz de levantar el mayor peso posible, en base a las gráficas y datos obtenidos de la simulación en el túnel de viento.

2.5

2.0

1.5

225000

Cl

355000 1.0

266000

155600 (nasg) 0.5

200100 (nasg)

200700 (nasg) 0.0

308600 (nasg)

-0.5 0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

Cd

Fig.3.11 Gráfica obtenida mediante la simulación

Fig.3.12 Perfil en túnel de viento simulado por computadora

65

0.10