Debido a la congelación del diseño antes de la realización del ciclo de optimizado, se escogió por aviones semejantes un perfil NACA 2415, que además fue el que se usó a la hora de calcular el ala óptima. A continuación se hará una comparación de las características de este perfil frente al NACA 5115 tomado como el más óptimo:
2415 5115 Diferencia
Alfacrz 6.4828º 4.2283º 53.3186%
CDi cruz 0.02090 0.02093 0.14678%
Cm0 -0.04632 -0.05698 18.7043%
Aunque la diferencia entre ambos casos no es demasiado importante en cuanto a resistencia inducida (casi inapreciable) o momento (menor de un 20%), sí que es considerable en cuanta al ángulo de ataque de crucero. Esto puede acarrear problemas para el caso del NACA 2415 de resistencias altas de presión en régimen de crucero.
Es interesante realizar además una segunda comparación con un perfil fuera del rango de los NACA 4 dígitos. Gracias a la llegada de la aerodinámica numérica se han podido construir nuevos perfiles más eficientes para ciertos puntos de operación gracias a la resolución numérica del problema inverso (a partir del gradiente de presiones obtener la geometría del perfil). A partir de esta filosofía nace la familia Eppler, diseñados por Richard Eppler y optimizados para el vuelo a baja velocidad, bajo Reynold y poca carga. Son perfiles con un amplio rango de operación, capaces de soportar CL mucho más
altos que los NACA tradicionales y con CL0 también más altos
El Eppler escogido para este caso es el 748, usado por varios UAV de baja velocidad, entre ellos el SIVA del INTA. Se trata de un perfil con un rango de operación muy amplio, capaz de CLmax muy altos a posta de momentos también
muy altos y una resistencia un poco mayor. El programa usado para realizar los análisis comparativos es el MSES, muy usado en la industria y en el terreno de la investigación. Este programa, desarrollado por Mark Drela, es capaz de realizar análisis de perfiles usando las ecuaciones de Euler completas, junto a modelos complejos de capa límite, de separación y de turbulencia. El programa realiza un mallado completo del volumen de control definido por el usuario, y puede hacer análisis del perfil en cualquier régimen (subsónico, transónico y supersónico; con o sin desprendimiento). El programa en cuestión ha sido extensamente validado por varios organismos, entre ellos la NASA americana.
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Se han corrido ambos perfiles en un barrido de ángulos de ataque hasta la región de pérdida. Tanto las polares como las curvas de sustentación fueron obtenidas en este proceso. La transición de laminar a turbulento de la capa límite se fijó en ambos casos al 15% de la cuerda (transición clásica debida a la construcción del borde de ataque de la aeronave – pequeñas perturbaciones en la capa límite hacen que esta pase de laminar a turbulenta) y a un número de Reynold de 3·106.
Una comparación de ambos perfiles puede verse a continuación:
Los resultados para CL de crucero (0.7) pueden verse a continuación:
2415 (perfil) Eppler 748 Diferencia
Alfacrz 4.351º 0.158º 2653.8%
CDi cruz 0.00920 0.01011 9.001%
Cm cruz -0.0463 -0.1564 237.797%
Como puede observarse, el ángulo de ataque baja mucho para el caso del Eppler que casi puede volar a ángulo de ataque nulo, a posta de un momento mucho mayor que el 2415 (más del doble). Sin embargo, y aún teniendo en
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 X adimensional Y a d im e n s io n a l
Comparacion entre perfiles
NACA 2415 Eppler 748
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cuenta la resistencia de presión y viscosidad en los resultados, la resistencia global del perfil Eppler 748 es algo mayor (10%) en crucero que el perfil NACA. Sin embargo, la cosa cambia cuando se compara el comportamiento ante la pérdida. A continuación se representa la curva de sustentación y la polar de ambos perfiles: -5 0 5 10 15 20 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Ángulo de ataque CL
Comparación curvas sustentación
NACA 2415 Eppler 748
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De aquí se puede deducir que:
El CL0 para el Eppler es mucho más alto que para el NACA, lo que
permitiría que el avión pudiera volar a ángulos de ataque más elevados. El CLmax también es mucho mayor, del orden del 18%, lo que permitiría
disminuir la velocidad de pérdida y la distancia de despegue hasta valores que hicieran plantearse el uso de flaps (muchos mini-UAVs equipados con este perfil carecen de ellos).
La resistencia en CL medios, cercanos a los de crucero es, sin embargo,
algo mayor, del orden del 10%. Debido a que el perfil Eppler está diseñado para aeronaves ligeras de recreo, donde el alcance no es el factor más importante, esto puede ser admisible. Además hay que tener en cuenta que el uso de perfiles Eppler pueden permitir la disminución de la superficie alar, con lo que es posible que el computo final de resistencia sea favorable hacia este perfil.
Aún así, el perfil NACA tiene un CL de “polar break” (CL tras el cual la
resistencia deja de tener un comportamiento cuadrático y diverge hacia el infinito) mucho más bajo que el perfil Eppler 748 (1 vs. 1.8), lo que hace éste más idóneo para aeronaves con una carga alar elevada o que vayan a funcionar a altos CL.
-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 CL CD Comparación polares NACA 2415 Eppler 748
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Aunque el perfil Eppler 748 no es más eficiente que el perfil escogido (NACA 2415) para régimen de crucero, sí lo hace más idóneo para aeronaves ligeras que puedan verse sometidas a cargas alares tanto grandes como pequeñas, como es el caso. Hay que hacer notar que éste perfil fue diseñado basándose en este requisito, pero existen otros miembros de la familia Eppler orientados a otras aplicaciones, generalmente todas para baja velocidad de vuelo. Es probable que existan algunos que sacrificando envolvente mejoren de forma considerable la eficiencia a CL moderados de los NACA 4 dígitos; lo mostrado
aquí es sólo un análisis preliminar tomando como ejemplo un perfil Eppler muy usado en el mundo de los mini-UAVs.
Queda pendiente por tanto como trabajo futuro expandir este análisis a un mayor número de perfiles de nueva generación, tanto Eppler como otras familias que han aparecido en las últimas décadas, que permitan mejorar la eficiencia en vuelo, reducir la superficie alar y eliminar la necesidad de complejos mecanismos hipersustentadores.