Aerodinamica I

 

 

Apuntes de Aerodinámica

Nombre: Profesor:

Yessica Gisselle Martínez Pérez  Dr Jorge Hernández Tamayo

Grupo:5AM2 04/09/2011

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

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 ( ). La

Ṝ

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

1 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

1.3.2 Centro de Presión Centro de presión: Es el punto de intersección de la perfil

  con la cuerda de un

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

2 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

1.4 Nomenclatura del perfil aerodinámico currentilineo 

3 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

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.

4 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

1.5 Anatomía de las aeronaves  Aeronave: Transporte  Aeronave: Transporte aéreo que se puede desplazar desplazar por sí mismo dentro del seno de la atmosfera atmosfera mediante las relaciones aerodinámicas que se realizan sobre el aerodino o mientras las relaciones aerostáticas (aerostatos). 

Globo libre

Sin motor Aerostatos

Con motor



Globo cautivo

Dirigible

eronaves

Sin motor



Esférico



No esférico

Rígido



Semirrígido



No rígido

 

Terrestre Acuático Anfibio

Cometa (cautiva) 

Aerodinos

 esférico





Planeador (libre)

Esférico No

Avión

 

Terrestre Acuático Anfibio 

Con motor

Giro avión (ala rotativa)

Giro plano

 

Helicóptero

  

Ornitóptero (ala batiente)

  

Terrestre Acuático Anfibio

Terrestre Acuático Anfibio Terrestre Acuático Anfibio

5 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

1.5.1 Aviones

 Ala: superficie(s) superficie(s) que genera genera la sustentación sustentación principal del avión. avión.

Clasificación por número de alas

Por posición con respecto al fuselaje fuselaje  

Monoplano

Ala baja

Biplano   Biplano

Ala media

Triplano

Ala alta 

6 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

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”. 

7 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP 

  Tipos de tren de aterrizaje



  Flecha del ala.



  Por ángulo de inclinación.

8 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

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

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APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

Mecanismos del ala

Mecanismos hipersustentadores de borde de salida (flap).

10 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

Generador de vórtices

Alerón

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APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

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

Timón de profundidad

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APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

Timón de dirección

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APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

1.5.2 Helicópteros

Anatomía del helicóptero

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APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

Por número de palas   Bipala   Tripala   …n 

  

Por número de motores   Monomotor   Bimotor   …n 

  

Por posición del motor

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APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

Clasificación Clasificación de helicópteros propulsivos  propulsivos 

  Motor en el eje



  Cohete en la punta



  mixto



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APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

UNIDAD 2 Levantamiento L evantamiento (Sustentación)



La fuerza de levantamiento (sustentación) es la proyección del vector vector velocidad de flujo del sistema de coordenadas del viento.

  en el eje perpendicular al

La L se puede presentar con ayuda de gráficas y por medio de su magnitud adimensional.  Coeficiente de levantamiento l evantamiento (suste (sustentación) ntación) incluye to todos dos los parámetros parámet ros menos la posición posi ción relativa (α). 



La gráfica más común se denomina curva de sustentación

 

 

Si aumenta α, aumenta   (es lineal) hasta cierto punto o valor máximo, hasta el 80 de  .

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APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

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

18 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

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 es igual a :

y ds tomados en la sección abierta AB del contorno

  = 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”  “C” 

  Donde



    = circulación de velocidad

Si expresamos el producto escalar por medio de sus proyecciones en un sistema de coordenadas rectangulares. Tendremos:

    

 

19 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

   ( ))          

La mayor velocidad sobre el extradós y la menor velocidad en el intradós 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) 

      

20 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

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 circular u fluido sobre sobre u perfil, perfil, en su sección sección unitaria unitaria actúa una una fuerza fuerza de sustentación sustentación que es igual al producto de la densidad, velocidad y circulación sobre el perfil.

    

21 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

En el teorema se basan los métodos modernos da cálculo de las características aerodinámicas de las hélices y alabes.

dy

dy

y

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



 ∫ 

 



22 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

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 la condición de no deslizamiento entre el cilindro y el flujo circulatorio. Halle: a) Valor de circulación b) Fuerza de sustentación o transversal.

 Como  = Vαr   = ; W= 

Ґ=2πr    

. Suponiendo

Datos: d= 4 ft l= 25 ft. n= 90rpm Vα=120 fps = 0.0765

  

  

 

 

Por lo tanto

Ґ=2πW

 18.850ft/s =     Ґ=2πr  = 2π (2ft)(18.850ft/s)= 236.876                 



  

      

 

23 

 

APUNTES DE AERODINAMICA_1DEP

Características aerodinámicas de 1 perfil 

  Levantami Levantamiento ento 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