Aerodinamica de aves.pdf

(1)

Equation Chapter 1 Section 1

Ingeniería Aeroespacial

Diseño y estudio aerodinámico preliminar de un

ala basado en anatomía aviar

Autor: Francisco José Gutiérrez García

Tutor: Fernando Mas Morate

Dep. Ingeniería de la Construcción y Proyectos de

Ingeniería.

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Universidad de Sevilla Sevilla, 2016

(2)

(3)

Diseño y estudio aerodinámico preliminar de un ala

basado en anatomía aviar

Autor:

Francisco José Gutiérrez García

Tutor:

Fernando Mas Morate

Profesor titular

Dep. Ingeniería de la Construcción y Proyectos

De Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2016 Sevilla, 2016

(4)

(5)

Autor:

Autor: Francisco Francisco José José Gutiérrez Gutiérrez GarcíaGarcía Tutor:

Tutor: Fernando Fernando Mas Mas MorateMorate

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente: Presidente: Vocales Vocales:: Secretario: Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de: Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2013 Sevilla, 2013

El Secretario del Tribunal El Secretario del Tribunal

(6)

(7)

(8)

(9)

Agradecer principalmente a don Fernando Mas Morate por aceptar ser mi tutor cuando le pregunté si podía Agradecer principalmente a don Fernando Mas Morate por aceptar ser mi tutor cuando le pregunté si podía realizar el proyecto bajo su supervisión. Me encontré a una altura muy avanzada del curso sin ningún trabajo realizar el proyecto bajo su supervisión. Me encontré a una altura muy avanzada del curso sin ningún trabajo asignado por culpa de una serie de contratiempos y él, sin dudarlo, me aceptó como su alumno. Agradecerle asignado por culpa de una serie de contratiempos y él, sin dudarlo, me aceptó como su alumno. Agradecerle también su ayuda y correcciones en el proceso del desarrollo del mismo, además de todo lo aprendido con él también su ayuda y correcciones en el proceso del desarrollo del mismo, además de todo lo aprendido con él durante sus clases y que me motivó a solicitar su ayuda en esta última aventura.

durante sus clases y que me motivó a solicitar su ayuda en esta última aventura.

Agradecer por otro lado a todas aquellas personas que me han acompañado durante estos últimos cuatro años, Agradecer por otro lado a todas aquellas personas que me han acompañado durante estos últimos cuatro años, a los que se fueron y a los que están, pero sobre todo a esos compañeros con los que he compartido tanto y que a los que se fueron y a los que están, pero sobre todo a esos compañeros con los que he compartido tanto y que han hecho más amenos esos días en los que se interponían seis convocatorias entre tú y la libertad.

han hecho más amenos esos días en los que se interponían seis convocatorias entre tú y la libertad.

Por último, agradecer a mi familia todo el apoyo y amor incondicional recibidos y pedirles perdón por pagar Por último, agradecer a mi familia todo el apoyo y amor incondicional recibidos y pedirles perdón por pagar con ellos esos momentos de agobio que todos pasamos en momentos difíciles.

(10)

(11)

El objetivo del presente TFG es el diseño preliminar de un ala basado en la anatomía alar del vencejo real El objetivo del presente TFG es el diseño preliminar de un ala basado en la anatomía alar del vencejo real (Tachymarptis melba). Se realizará una recogida de datos y un estudio inicial de dicha ave y se extraerá, de (Tachymarptis melba). Se realizará una recogida de datos y un estudio inicial de dicha ave y se extraerá, de este, la geometría de su ala. Posteriormente se trasladará a un concepto aeronáutico asemejando nuestro diseño este, la geometría de su ala. Posteriormente se trasladará a un concepto aeronáutico asemejando nuestro diseño a la información obtenida anteriormente, de modo que se ajuste lo máximo posible a nuestra ave.

a la información obtenida anteriormente, de modo que se ajuste lo máximo posible a nuestra ave.

Se realizará entonces un análisis aerodinámico mediante un programa de simulación numérica para tres Se realizará entonces un análisis aerodinámico mediante un programa de simulación numérica para tres condiciones de vuelo diferentes: régimen subsónico incompresible, régimen subsónico compresible y régimen condiciones de vuelo diferentes: régimen subsónico incompresible, régimen subsónico compresible y régimen transónico. Dicho análisis comenzará con el estudio aerodinámico de los perfiles (2D) de nuestro diseño y transónico. Dicho análisis comenzará con el estudio aerodinámico de los perfiles (2D) de nuestro diseño y pos

posterioteriormermente snte se reale realizarizará el anáá el análisis lisis del adel ala (3Dla (3D) de m) de modo qodo que se ue se obteobtendrándrán las cn las caracaracterísterísticaticas aeros aerodinádinámicmicasas representativas para los dos casos.

(12)

(13)

The main objective of this End Degree Proj

The main objective of this End Degree Project is a preliminary design of a wing based on the Alpine Swift’sect is a preliminary design of a wing based on the Alpine Swift’s

anatomy (Tachymarptis melba). A data collect and initial study will be performed and then, it will be extracted anatomy (Tachymarptis melba). A data collect and initial study will be performed and then, it will be extracted the geometry of its wing. After that, a final aeronautical design is going to be performed like the information the geometry of its wing. After that, a final aeronautical design is going to be performed like the information which has been collected before.

which has been collected before.

The new concept will be analyzed aerodynamically with numeric simulation software for three flight The new concept will be analyzed aerodynamically with numeric simulation software for three flight conditions: incompressible subsonic flow, compressible subsonic flow and transonic flow. This analyze will conditions: incompressible subsonic flow, compressible subsonic flow and transonic flow. This analyze will beg

begin witin with the prh the profilofiles and ces and carry arry on witon with the wh the whole whole wing so ting so the aerhe aerodyodynaminamic perfoc performarmances wnces will be caill be calcullculatedated for each one.

(14)

(15)

Agradecimientos ix Agradecimientos ix Resumen xi Resumen xi Abstract xiii Abstract xiii Índice xv Índice xv

Í Í NDICE DENDICE DETTABLASABLAS xviixvii

Í Í NDICE DENDICE DEFFIGURASIGURAS xixxix

Notación xxiii

11 Introducción Introducción 11

22 Estudio Estudio del del ave ave 33

2.1

2.1 Introducción Introducción 33

2.2

2.2 El El vencejo vencejo real real 33

2.3

2.3 Geometría Geometría alar alar 55

2.3.1

2.3.1 Forma Forma en en planta planta 55

2.3.2

2.3.2 DistribucióDistribución n de de perfiles perfiles 2020 2.3.3

2.3.3 Diedro/AneDiedro/Anedro dro alar alar 2626 2.3.4

2.3.4 Torsión Torsión 2828

33 Diseño Diseño aeronáutico aeronáutico del del ala ala 3030

3.1

3.2

3.2 Geometría Geometría final final 3030

3.3

3.3 Diseño Diseño final final 3838

44 Análisis Análisis aerodinámico aerodinámico 4545

4.1

4.2

4.2 Condiciones Condiciones de de vuelo vuelo 4545 4.3

4.3 Anál Análisiisis de s de perperfilefiles (2s (2D) D) 4646 4.3.1

4.3.1 Análisis Análisis general general 4949

4.3.2

4.3.2 Análisis Análisis en en condiciones condiciones de de vuelo vuelo 5656 4.3.3

4.3.3 Resultados Resultados de de análisis análisis 2D 2D 6565 4.4

4.4 Anál Análisiisis des del all ala (3a (3D) D) 6666 4.4.1

4.4.1 Análisis Análisis aerodinámico aerodinámico 7171 4.4.2

4.4.2 Cálculo Cálculo de de la la polar polar 7676

55 Resultados Resultados y y conclusiones conclusiones 8484

5.1 5.1 Introducción Introducción 8484 5.2 5.2 Resultados Resultados 8484 5.3 5.3 Conclusiones Conclusiones 8585 6

6 Líneas Líneas futuras futuras de de investigación investigación 8787

Referencias 89

Anexos 91

5.4

(16)

(17)

Tabla

Tabla 2-1: 2-1: Elipses Elipses borde borde de de ataque ataque del del ala ala 1 1 88 Tabla

Tabla 2-2: 2-2: Elipses Elipses borde borde de de salida salida del del ala ala 1 1 1010 Tabla

Tabla 2-3: 2-3: Elipses Elipses borde borde de de ataque ataque del del ala ala 2 2 1212 Tabla

Tabla 2-4: 2-4: Elipses Elipses borde borde de de salida salida del del ala ala 2 2 1414 Tabla

Tabla 2-5: 2-5: Elipses Elipses ala ala final final 1717

Tabla

Tabla 2-6 2-6 Medidas Medidas de de la la extensión extensión de de la la zona zona interior interior del del ala ala 2222 Tabla

Tabla 3-2: 3-2: Elipses Elipses del del ala ala adimensionaliadimensionalizada zada 3131 Tabla

Tabla 3-3: 3-3: Distribución Distribución de de cuerdas cuerdas 3636 Tabla

Tabla 3-4: 3-4: Distribución Distribución de de offset offset 3737 Tabla

Tabla 4-1: 4-1: Número Número de de Reynolds Reynolds de de cada cada condición condición de de vuelo vuelo 4646 Tabla

Tabla 4-2: 4-2: Resultados Resultados (perfil (perfil raíz) raíz) 6565 Tabla

(18)

(19)

Ilustración

Ilustración 2-1: 2-1: Especies Especies de de vencejos. vencejos. 44 Ilustración

Ilustración 2-2: 2-2: Alas Alas selecionadas selecionadas 55

Ilustración

Ilustración 2-3: 2-3: Alas Alas descartadas descartadas 66

Ilustración

Ilustración 2-4: 2-4: Alas Alas 1 1 y y 2 2 66

Ilustración

Ilustración 2-5: 2-5: Forma Forma en en planta planta de de las las alas alas 66 Ilustración

Ilustración 2-6: 2-6: Transformación Transformación ala ala 1 1 77 Ilustración

Ilustración 2-7: 2-7: Transformación Transformación ala ala 2 2 77 Ilustración

Ilustración 2-8: 2-8: Elipses Elipses borde borde de de ataque ataque del del ala ala 1 1 88 Ilustración

Ilustración 2-9: 2-9: Borde Borde de de ataque ataque del del ala ala 1 1 99 Ilustración

Ilustración 2-10: 2-10: Elipses Elipses borde borde de de salida salida del del ala ala 1 1 99 Ilustración

Ilustración 2-11: 2-11: Borde Borde de de salida salida del del ala ala 1 1 1010 Ilustración

Ilustración 2-12: 2-12: Forma Forma en en planta planta del del ala ala 1 1 1111 Ilustración

Ilustración 2-13: 2-13: Comparación Comparación de de la la forma forma en en planta planta del del ala ala 1 1 con con la la referencia referencia 1111 Ilustración

Ilustración 2-14: 2-14: Elipses Elipses borde borde de de ataque ataque del del ala ala 2 2 1212 Ilustración

Ilustración 2-15: 2-15: Borde Borde de de ataque ataque del del ala ala 2 2 1313 Ilustración

Ilustración 2-16: 2-16: Elipses Elipses borde borde de de salida salida del del ala ala 2 2 1313 Ilustración

Ilustración 2-17: 2-17: Borde Borde de de salida salida del del ala ala 2 2 1414 Ilustración

Ilustración 2-18: 2-18: Forma Forma en en planta planta del del ala ala 2 2 1515 Ilustración

Ilustración 2-19: 2-19: Comparación Comparación de de la la forma forma en en planta planta del del ala ala 2 2 con con la la referencia referencia 1515 Ilustración

Ilustración 2-20: 2-20: Comparación Comparación de de ambas ambas alas alas 1616 Ilustración

Ilustración 2-21: 2-21: Comparación Comparación adimensionalizadaadimensionalizadas s en en emevergadura emevergadura de de ambas ambas alas alas 1616 Ilustración

Ilustración 2-22: 2-22: Elipses Elipses ala ala final final 1717 Ilustración

Ilustración 2-23: 2-23: Forma Forma en en planta planta del del ala ala final final 1818 Ilustración

Ilustración 2-24: 2-24: Comparación Comparación de de las las alas alas 1818 Ilustración

Ilustración 2-25: 2-25: Corrección Corrección de de la la unión unión entre entre bordes bordes marginales marginales en en la la punta punta 1919 Ilustración

Ilustración 2-26: 2-26: Forma Forma en en planta planta definitiva definitiva 1919 Ilustración

Ilustración 2-27: 2-27: Diferentes Diferentes tipos tipos de de perfiles perfiles 2020 Ilustración

Ilustración 2-28: 2-28: Perfiles Perfiles de de diferentes diferentes aves aves 2121 Ilustración

Ilustración 2-29: 2-29: Perfiles Perfiles del del ala ala del del vencejo vencejo real real 2121 Ilustración

Ilustración 2-30: 2-30: Distribución Distribución de de perfiles perfiles 2222 Ilustración

Ilustración 2-31: 2-31: Perfil Perfil de de la la zona zona interior interior del del ala ala (raíz) (raíz) 2323 Ilustración

(20)

Ilustración

Ilustración 2-38: 2-38: Imágenes Imágenes seleccionadaseleccionadas s para para estudiar estudiar anedro anedro 2626 Ilustración

Ilustración 2-39: 2-39: Ala Ala anedro anedro 1 1 2727

Ilustración

Ilustración 3-1: 3-1: AdimensionalizaciAdimensionalización ón de de la la forma forma en en planta. planta. 3131 Ilustración

Ilustración 3-2: 3-2: Implementación Implementación del del anedro anedro 3232 Ilustración

Ilustración 3-3: 3-3: Comprobación Comprobación de de la la proyección proyección horizontal horizontal 3232 Ilustración

Ilustración 3-4: 3-4: Interfaz Interfaz de de diseño diseño del del ala ala en en Xflr5 Xflr5 3333 Ilustración

Ilustración 3-5: 3-5: Parámetros Parámetros de de diseño diseño del del ala ala en en Xflr5 Xflr5 3333 Ilustración

Ilustración 3-6: 3-6: Discretización Discretización del del ala ala 3535 Ilustración

Ilustración 3-7: 3-7: Distribución Distribución de de cuerdas cuerdas 3535 Ilustración

Ilustración 3-8: 3-8: Distribución Distribución de de offset offset 3636 Ilustración

Ilustración 3-9: 3-9: Implementación Implementación de de cada cada sección sección 3939 Ilustración

Ilustración 3-10: 3-10: Forma Forma en en planta planta del del ala ala implementada implementada 4040 Ilustración

Ilustración 3-11: 3-11: Comprobación Comprobación de de la la forma forma en en planta planta 4040 Ilustración

Ilustración 3-12: 3-12: Alzado Alzado del del ala ala implementada implementada 4141 Ilustración

Ilustración 3-13: 3-13: Perfil Perfil del del ala ala implementada implementada 4141 Ilustración

Ilustración 3-14: 3-14: Progresión Progresión de de la la implementaciimplementación ón del del anedro anedro 4242 Ilustración

Ilustración 3-15: 3-15: Anedro Anedro en en la la raíz raíz del del ala ala 4242 Ilustración

Ilustración 3-16: 3-16: Alzado Alzado final final del del ala ala 4343 Ilustración

Ilustración 3-17 3-17 Valores Valores de de las las nuevas nuevas secciones secciones implementadaimplementadas s en en la la punta punta 4343 Ilustración

Ilustración 3-18: 3-18: Comprobación Comprobación del del ala ala final final 4343 Ilustración

Ilustración 3-19: 3-19: Ala Ala 3D 3D discretizada discretizada 4444 Ilustración

Ilustración 4-1: 4-1: Interfaz Interfaz de de análisis análisis de de perfiles perfiles en en Xflr5 Xflr5 4747 Ilustración

Ilustración 4-2: 4-2: Menú Menú desplegable desplegable de de análisis análisis 4848 Ilustración

Ilustración 4-3: 4-3: Polar Polar (perfil (perfil raíz) raíz) 4949 Ilustración

Ilustración 4-4: 4-4: Coeficiente Coeficiente de de sustentación sustentación frente frente al al ángulo ángulo de de ataque ataque (perfil (perfil raíz) raíz) 5050 Ilustración

Ilustración 4-5: 4-5: Coeficiente Coeficiente de de sustentación sustentación frente frente a a la la cuerda cuerda (perfil (perfil raíz) raíz) 5050 Ilustración

Ilustración 4-6: 4-6: Eficiencia Eficiencia aerodinámica aerodinámica frente frente al al ángulo ángulo de de ataque ataque (perfil (perfil raíz) raíz) 5151 Ilustración

Ilustración 4-7: 4-7: Coeficiente Coeficiente de de momentos momentos frente frente al al ángulo ángulo de de ataque ataque (perfil (perfil raíz) raíz) 5151 Ilustración

Ilustración 4-8: 4-8: Coeficiente Coeficiente de de momentos momentos frente frente a a la la cuerda cuerda (perfil (perfil raíz) raíz) 5252 Ilustración

Ilustración 4-9: 4-9: Polar Polar (perfil (perfil punta) punta) 5252 Ilustración

Ilustración 4-10: 4-10: Coeficiente Coeficiente de de sustentación sustentación frente frente al al ángulo ángulo de de ataque ataque (perfil (perfil punta) punta) 5353 Ilustración

Ilustración 4-11: 4-11: Coeficiente Coeficiente de de sustentación sustentación frente frente a a la la cuerda cuerda (perfil (perfil punta) punta) 5454 Ilustración

(21)

Ilustración

Ilustración 4-15: 4-15: Coeficiente Coeficiente de de sustentación sustentación frente frente al al ángulo ángulo de de ataque ataque 5757 Ilustración

Ilustración 4-16: 4-16: Polar Polar (subsónico (subsónico incompresible) incompresible) 5858 Ilustración

Ilustración 4-17: 4-17: Eficiencia Eficiencia aerodinámica aerodinámica frente frente al al ángulo ángulo de de ataque ataque 5858 Ilustración

Ilustración 4-19: 4-19: Polar Polar (subsónico (subsónico compresible) compresible) 6060 Ilustración

Ilustración 4-22: 4-22: Polar Polar (transónico) (transónico) 6262 Ilustración

Ilustración 4-24: 4-24: Interfaz Interfaz de de análisis análisis de de alas alas en en Xflr5 Xflr5 6767 Ilustración

Ilustración 4-25: 4-25: Menú Menú desplegable desplegable de de análisis análisis 6868 Ilustración

Ilustración 4-26: 4-26: Opciónes Opciónes de de configuración configuración de de análisis análisis (1) (1) 6868 Ilustración

Ilustración 4-27: 4-27: Opciones Opciones de de configuración configuración de de análisis análisis (2) (2) 6969 Ilustración

Ilustración 4-28: 4-28: Modificación Modificación de de las las secciones secciones de de la la punta. punta. 7070 Ilustración

Ilustración 4-29: 4-29: Coeficiente Coeficiente de de sustentación sustentación frente frente al al ángulo ángulo de de ataque ataque (Ala) (Ala) 7272 Ilustración

Ilustración 4-30: 4-30: Polar Polar (Ala) (Ala) 7373

Ilustración

Ilustración 4-31: 4-31: Eficiencia Eficiencia aerodinámica aerodinámica (Ala) (Ala) 7474 Ilustración

Ilustración 4-32: 4-32: Coeficiente Coeficiente de de momentos momentos frente frente al al ángulo ángulo de de ataque ataque (Ala) (Ala) 7474 Ilustración

Ilustración 4-33: 4-33: Distribución Distribución del del coeficiente coeficiente de de presion presion 7575 Ilustración

Ilustración 4-34: 4-34: Distribución Distribución de de la la sustentación sustentación sustentacion sustentacion 7575 Ilustración

Ilustración 4-35: 4-35: Distribución Distribución del del coeficiente coeficiente de de sustentación sustentación y y centro centro de de presiones presiones 7676 Ilustración

Ilustración 4-36: 4-36: Polar Polar para para régimen régimen subsónico subsónico incompresible incompresible 7878 Ilustración

Ilustración 4-37: 4-37: Polar Polar para para régimen régimen subsónico subsónico compresible compresible 7979 Ilustración 4-38: Corrección del coeficiente C

Ilustración 4-38: Corrección del coeficiente CD0D0 8080

Ilustración 4-39: Corrección del coeficiente k

Ilustración 4-39: Corrección del coeficiente k 11 8080

Ilustración 4-40: Tabla de corrección de los coeficientes C

Ilustración 4-40: Tabla de corrección de los coeficientes CD0D0 y k y k 11 8181

Ilustración

Ilustración 4-41: 4-41: Polar Polar sin sin corregir corregir para para régimen régimen transónico transónico 8282 Ilustración

(22)

(23)

S

S Superficie alarSuperficie alar

SSrefref Superficie de referenciaSuperficie de referencia

B Envergadura

CGM

CGM Cuerda geométrica mediaCuerda geométrica media

CAM

CAM Cuerda Cuerda aerodinámica aerodinámica mediamedia

Λ

Λ AlargamientoAlargamiento

E Estrechamiento

Ψ

Ψ Ángulo Ángulo de de flechaflecha ρ

ρ DensidadDensidad

μ

μ Viscosidad Viscosidad dinámica dinámica del del aireaire

T Temperatura

M

M Número de Número de MachMach Re

Re Número Número de de ReynoldsReynolds

V Velocidad

h Altura

C

Cll Coeficiente de sustentación del perfilCoeficiente de sustentación del perfil

C

CLL Coeficiente de sustentación del alaCoeficiente de sustentación del ala

C

Cdd Coeficiente de resistencia del perfilCoeficiente de resistencia del perfil

C

CDD Coeficiente de resistencia del alaCoeficiente de resistencia del ala

C

Cmm Coeficiente de momentos del perfilCoeficiente de momentos del perfil

C

CMM Coeficiente de momentos del alaCoeficiente de momentos del ala

α

α Ángulo Ángulo de de ataqueataque

C

CPP Coeficiente de presiónCoeficiente de presión

Δ

Δ IncrementoIncremento

e

(24)

(25)

El ala de un avión se puede considerar el elemento primordial del mismo. Como sabemos, en ella se originan El ala de un avión se puede considerar el elemento primordial del mismo. Como sabemos, en ella se originan varias fuerzas, entre las que se encuentran tanto aquellas que hacen posible el vuelo de la aeronave, como varias fuerzas, entre las que se encuentran tanto aquellas que hacen posible el vuelo de la aeronave, como aquella parte de la contribución total de la resistencia que la atmósfera opone al movimiento del avión aquella parte de la contribución total de la resistencia que la atmósfera opone al movimiento del avión correspondiente al ala. Por lo que un buen diseño de éstas tendrá un gran impacto en el desarrollo y diseño de correspondiente al ala. Por lo que un buen diseño de éstas tendrá un gran impacto en el desarrollo y diseño de la totalidad de la aeronave.

la totalidad de la aeronave.

La aerodinámica es la parte de la mecánica que se encarga de estudiar el movimiento relativo entre un sólido y La aerodinámica es la parte de la mecánica que se encarga de estudiar el movimiento relativo entre un sólido y el fluido que lo rodea, generalmente aire, determinando así las presiones y fuerzas que se generan sobre el el fluido que lo rodea, generalmente aire, determinando así las presiones y fuerzas que se generan sobre el cuerpo. Estas fuerzas, mencionadas anteriormente, se denominan fuerzas aerodinámicas y su estudio nos cuerpo. Estas fuerzas, mencionadas anteriormente, se denominan fuerzas aerodinámicas y su estudio nos perm

permitirá itirá analanalizar izar nuesnuestro dtro diseñiseño. Do. Del mel mismo mismo modoodo, no, nos pers permitimitirá rrá realiealizar zar compcomparacaracioneiones cos con otrn otros dos diseñiseños yos yaa existentes y así poder tener unos valores representativos que marquen la diferencia de nuestro diseño con éstos. existentes y así poder tener unos valores representativos que marquen la diferencia de nuestro diseño con éstos. En la antigüedad, la idea de que un hombre pudiera volar era considerada cuanto menos disparatada y solo se En la antigüedad, la idea de que un hombre pudiera volar era considerada cuanto menos disparatada y solo se le atribuía esta capacidad a un número de especies determinadas, generalmente aves e insectos. Sin embargo, le atribuía esta capacidad a un número de especies determinadas, generalmente aves e insectos. Sin embargo, esto ha sido un mecanismo de la física que la naturaleza supo aprovechar desde que existen estos seres, esto ha sido un mecanismo de la física que la naturaleza supo aprovechar desde que existen estos seres, mediante el cual conseguían desplazarse grandes distancias a través del aire. Con el paso de los años, estos mediante el cual conseguían desplazarse grandes distancias a través del aire. Con el paso de los años, estos animales, y concretamente las aves, han ido evolucionando de modo que actualmente algunas especies tienen animales, y concretamente las aves, han ido evolucionando de modo que actualmente algunas especies tienen una autonomía y alcance que las hacen diferenciables a las demás.

una autonomía y alcance que las hacen diferenciables a las demás.

La primeras ideas de aviones o, mejor dicho, de aeronaves, surgen de la observación de la naturaleza y de la La primeras ideas de aviones o, mejor dicho, de aeronaves, surgen de la observación de la naturaleza y de la capacidad de vuelo de estos animales. Aunque actualmente, cualquier objeto con una planta de potencia capacidad de vuelo de estos animales. Aunque actualmente, cualquier objeto con una planta de potencia suficiente es capaz de elevarse sobre el suelo, son los aviones aquellos que ofrecen mejores prestaciones a la suficiente es capaz de elevarse sobre el suelo, son los aviones aquellos que ofrecen mejores prestaciones a la hora de alcance y autonomía.

hora de alcance y autonomía.

Los modelos actuales y convencionales ofrecen una configuración similar a la anatomía de un pájaro en la que Los modelos actuales y convencionales ofrecen una configuración similar a la anatomía de un pájaro en la que se puede distinguir un fuselaje (cuerpo), una cabina (cabeza), dos semi-alas (ala) y una cola donde se se puede distinguir un fuselaje (cuerpo), una cabina (cabeza), dos semi-alas (ala) y una cola donde se encuentran los estabilizadores y timones (cola). Esta analogía nos hace ver la relación entre estas dos vertientes encuentran los estabilizadores y timones (cola). Esta analogía nos hace ver la relación entre estas dos vertientes del mismo problema, la natural y la de ingeniería, y aunque es cierto que la propulsión y el empuje de cada una del mismo problema, la natural y la de ingeniería, y aunque es cierto que la propulsión y el empuje de cada una es totalmente diferente, los mecanismos físicos de sustentación son los mismos.

es totalmente diferente, los mecanismos físicos de sustentación son los mismos.

Es el momento de hacer una parada en el camino y hacer una serie de consideraciones en la situación actual en Es el momento de hacer una parada en el camino y hacer una serie de consideraciones en la situación actual en el diseño de alas para aviones. Si la naturaleza ha sido capaz de desarrollar y perfeccionar la anatomía de las el diseño de alas para aviones. Si la naturaleza ha sido capaz de desarrollar y perfeccionar la anatomía de las aves de modo q

aves de modo que hoy día existen algunas capaces de realizar vuelos de grandes distancias y tiempo… ¿Porue hoy día existen algunas capaces de realizar vuelos de grandes distancias y tiempo… ¿Por

qué no aplicamos la forma de éstas al desarrollo de aeronaves? De esta manera quizá se mejore la autonomía y qué no aplicamos la forma de éstas al desarrollo de aeronaves? De esta manera quizá se mejore la autonomía y alcance de los modelos existentes.

alcance de los modelos existentes.

Llegados a este punto, necesitamos escoger una especie de ave sobre la que realizar el estudio. Para el diseño Llegados a este punto, necesitamos escoger una especie de ave sobre la que realizar el estudio. Para el diseño de nuestra nueva ala hemos decidido que investigaremos al vencejo real (Tachymarptis Melba). Esta decisión de nuestra nueva ala hemos decidido que investigaremos al vencejo real (Tachymarptis Melba). Esta decisión se ha tomado debido a que se trata de un ave migratoria capaz de realizar desplazamientos de entre 600-1.000 se ha tomado debido a que se trata de un ave migratoria capaz de realizar desplazamientos de entre 600-1.000 kilómetros cada jornada. Por otro lado, se ha documentado que pueden permanecer en el aire 200 días sin kilómetros cada jornada. Por otro lado, se ha documentado que pueden permanecer en el aire 200 días sin evidencias de aterrizaje. Estas cifras son las que nos han motivado a realizar esta investigación y ver si se evidencias de aterrizaje. Estas cifras son las que nos han motivado a realizar esta investigación y ver si se pued

pueden exen extraptrapolar olar estaestas cars caracteacterístrísticas icas al mal mundundo aero aeronáuonáutico tico en el en el aspeaspecto dcto de mee mejorar jorar las ylas ya exa existenistentes ptes para lara lasas diferentes configuraciones y no de emularlas.

(26)

(27)

2.1 2.1 Introducción

Introducción

En este capítulo se realiza, como su propio nombre indica, el estudio de la geometría del ala del vencejo para En este capítulo se realiza, como su propio nombre indica, el estudio de la geometría del ala del vencejo para así tener las medidas necesarias que permitan realizar posteriormente el diseño y dimensionamiento de un ala así tener las medidas necesarias que permitan realizar posteriormente el diseño y dimensionamiento de un ala basá

basándondonos nos en een esta.sta.

Debido a la dificultad de encontrar información acerca de la geometría concreta del ala de un ave se ha tenido Debido a la dificultad de encontrar información acerca de la geometría concreta del ala de un ave se ha tenido que realizar la búsqueda y la investigación en diferentes sitios web extrayéndose imágenes de estos y que realizar la búsqueda y la investigación en diferentes sitios web extrayéndose imágenes de estos y realizando de forma manual una extracción de medidas mediante diferentes programas como se verá a realizando de forma manual una extracción de medidas mediante diferentes programas como se verá a continuación.

continuación.

Antes de iniciar la búsqueda de información, se debe decidir la configuración del ala que queremos simular. Antes de iniciar la búsqueda de información, se debe decidir la configuración del ala que queremos simular. Esto es debido a que, como sabemos, el ala de un ave no tiene una geometría fija, sino que esta varía en Esto es debido a que, como sabemos, el ala de un ave no tiene una geometría fija, sino que esta varía en función de la etapa del vuelo que se esté realizando y de si se encuentra batiéndolas para así impulsarse. El función de la etapa del vuelo que se esté realizando y de si se encuentra batiéndolas para así impulsarse. El criterio de elección se realiza considerando que el mayor tiempo de vuelo de un avión se produce en el crucero criterio de elección se realiza considerando que el mayor tiempo de vuelo de un avión se produce en el crucero y es en dicha etapa donde se busca la optimización del diseño. Para configuraciones de despegue y aterrizaje y es en dicha etapa donde se busca la optimización del diseño. Para configuraciones de despegue y aterrizaje se utilizarán dispositivos hipersustentadores para conseguir mejorar las prestaciones de las alas.

se utilizarán dispositivos hipersustentadores para conseguir mejorar las prestaciones de las alas.

Con motivo de la generalidad de las fotos que se han obtenido, así como de su calidad y de la poca Con motivo de la generalidad de las fotos que se han obtenido, así como de su calidad y de la poca información extra que se ha conseguido, se ha decidido que, para darle rigurosidad al diseño del ala y información extra que se ha conseguido, se ha decidido que, para darle rigurosidad al diseño del ala y conseguir finalmente la geometría que más se adapte a la realidad y la anatomía del ave, se realizará la conseguir finalmente la geometría que más se adapte a la realidad y la anatomía del ave, se realizará la extracción de medidas de varias fotos con la misma configuración del ala de modo que las medidas finales se extracción de medidas de varias fotos con la misma configuración del ala de modo que las medidas finales se ajusten lo máximo posible a todas ellas y no a una sola.

ajusten lo máximo posible a todas ellas y no a una sola.

2.2 2.2 El vencejo real

El vencejo real

En la búsqueda de información y en concreto de imágenes a partir de las cuales realizaremos la extracción En la búsqueda de información y en concreto de imágenes a partir de las cuales realizaremos la extracción de medidas y de la geometría del ala, se ha tenido siempre presente la comprobación de que toda la de medidas y de la geometría del ala, se ha tenido siempre presente la comprobación de que toda la información que se ha ido seleccionando pertenece al vencejo real. Esto se indica porque existen varias información que se ha ido seleccionando pertenece al vencejo real. Esto se indica porque existen varias

especies de vencejos (real, mongol, común, pálido…) en

especies de vencejos (real, mongol, común, pálido…) en todo el todo el mundo, especialmmundo, especialmente diferenciadas por ente diferenciadas por

la localización del hábitat de estas, y en muchas páginas web se han encontrado errores en la descripción la localización del hábitat de estas, y en muchas páginas web se han encontrado errores en la descripción de las imágenes que indicaban una especie que no es aquella en la que nosotros estamos interesado.

de las imágenes que indicaban una especie que no es aquella en la que nosotros estamos interesado.

El vencejo real (Tachymarptis Melba, denominado hasta 2011 como Apus Melba) se trata del más grande El vencejo real (Tachymarptis Melba, denominado hasta 2011 como Apus Melba) se trata del más grande y vistoso de los vencejos españoles. Presenta una silueta típica en forma de ballesta con alas muy largas y y vistoso de los vencejos españoles. Presenta una silueta típica en forma de ballesta con alas muy largas y estrechas con una envergadura alar de 57 cm aproximadamente. Se diferencia claramente del resto de estrechas con una envergadura alar de 57 cm aproximadamente. Se diferencia claramente del resto de vencejos debido a que posee dos destacadas áreas blancas, en el vientre y en la garganta separadas por un vencejos debido a que posee dos destacadas áreas blancas, en el vientre y en la garganta separadas por un collar parduzco, mientras que el resto de vencejos solo poseen la zona blanca de la garganta. Muestran collar parduzco, mientras que el resto de vencejos solo poseen la zona blanca de la garganta. Muestran también una coloración en general pardo oliva, más oscuras en las alas. Estas características serán también una coloración en general pardo oliva, más oscuras en las alas. Estas características serán suficientes para identificar que las imágenes obtenidas corresponden concretamente a la especie que suficientes para identificar que las imágenes obtenidas corresponden concretamente a la especie que nosotros investigamos.

(28)

Ilustración 2-1: Especies de vencejos. Ilustración 2-1: Especies de vencejos.

La decisión de utilizar esta especie para la investigación viene motivada por las asombrosas cifras que La decisión de utilizar esta especie para la investigación viene motivada por las asombrosas cifras que presenta esta ave respecto a desp

presenta esta ave respecto a desplazamientos, autonomía y velocidad de vuelo.lazamientos, autonomía y velocidad de vuelo.

Conocido como el rey del aire, la observación de estas aves nos demuestra que su cuerpo está adaptado a Conocido como el rey del aire, la observación de estas aves nos demuestra que su cuerpo está adaptado a la velocidad, al vuelo. Esto es debido a que su anatomía es la más aerodinámica de todas las aves, por ello la velocidad, al vuelo. Esto es debido a que su anatomía es la más aerodinámica de todas las aves, por ello es considerada como la más veloz alcanzando velocidades de hasta los 250km/h. Aunque es cierto que el es considerada como la más veloz alcanzando velocidades de hasta los 250km/h. Aunque es cierto que el halcón peregrino alcanza velocidades superiores, unos 300km/h, estas se consiguen en caída y no halcón peregrino alcanza velocidades superiores, unos 300km/h, estas se consiguen en caída y no horizontalmente.

horizontalmente.

Por otro lado, al tratarse de un ave migratoria, la población europea inverna en África ecuatorial. En estos Por otro lado, al tratarse de un ave migratoria, la población europea inverna en África ecuatorial. En estos grandes desplazamientos se calcula que el vencejo real realiza de forma rutinaria recorridos de entre 600 grandes desplazamientos se calcula que el vencejo real realiza de forma rutinaria recorridos de entre 600 y 1000 km de distancia cada jornada. Por otro lado, un equipo de investigadores suizos, a través de un y 1000 km de distancia cada jornada. Por otro lado, un equipo de investigadores suizos, a través de un sistema de etiquetas electrónicas, ha

sistema de etiquetas electrónicas, ha descubierto que esta especie es capaz de mantedescubierto que esta especie es capaz de mantenerse hasta seis mesesnerse hasta seis meses enteros en el aire, sin tocar el suelo, en su camino de migración hacia África.

enteros en el aire, sin tocar el suelo, en su camino de migración hacia África.

Llegados a este punto se va a realizar ahora el estudio de la geometría de las alas del ave en la Llegados a este punto se va a realizar ahora el estudio de la geometría de las alas del ave en la configuración deseada y se extraerán las medidas necesarias para el diseño aeronáutico del ala.

(29)

2.3 2.3 Geometría alar

Geometría alar

2.3.1

2.3.1 Forma en planta

Forma en planta

Como se ha comentado en la introducción de este capítulo, la configuración que nosotros buscamos es la Como se ha comentado en la introducción de este capítulo, la configuración que nosotros buscamos es la correspondiente al vuelo de crucero

correspondiente al vuelo de crucero de un avde un avión. ión. Inicialmente se buscarán imágenes del vInicialmente se buscarán imágenes del vuelo del ave uelo del ave dede modo que tengamos la forma en planta de su cuerpo y alas, y a partir de todas ellas se escogerán aquellas que modo que tengamos la forma en planta de su cuerpo y alas, y a partir de todas ellas se escogerán aquellas que se adapten mejor a la configuración buscada.

se adapten mejor a la configuración buscada.

Para ello, será necesario hacer una selección de todas las imágenes encontradas desechando aquellas que Para ello, será necesario hacer una selección de todas las imágenes encontradas desechando aquellas que correspondan a etapas de vuelo distintas como pueden ser un despegue, un aterrizaje o un batimiento de ala correspondan a etapas de vuelo distintas como pueden ser un despegue, un aterrizaje o un batimiento de ala para

para cogcoger imer impulspulso.o.

De todas las encontradas se exponen a continuación aquellas con más definición y que nos ofrece una De todas las encontradas se exponen a continuación aquellas con más definición y que nos ofrece una proy

proyecciección más cón más clara dlara del ave en pel ave en pleno vleno vuelouelo. Será. Serán estas n estas las qulas que utilize utilizaremaremos paros para obtea obtener la fner la formorma en plana en plantata del ala estableciendo el borde de ataque y el borde de salida.

del ala estableciendo el borde de ataque y el borde de salida.

Ilustración 2-2: Alas seleccionadas Ilustración 2-2: Alas seleccionadas

De las imágenes anteriores podemos observar que las dos primeras tienen una geometría similar entre ambas y De las imágenes anteriores podemos observar que las dos primeras tienen una geometría similar entre ambas y diferenciable a la que aparece justo debajo. Esto se debe a que la geometría del ala en el vuelo de las aves no es diferenciable a la que aparece justo debajo. Esto se debe a que la geometría del ala en el vuelo de las aves no es fija, sino que se adapta a cada situación y condiciones. En este punto de la investigación hay que tomar la fija, sino que se adapta a cada situación y condiciones. En este punto de la investigación hay que tomar la decisión de establecer una configuración sobre la que se trabajará, por lo que se realizará la extracción de decisión de establecer una configuración sobre la que se trabajará, por lo que se realizará la extracción de medidas de las dos fotos superiores y la compararemos posteriormente con la tercera. Esta decisión se ha medidas de las dos fotos superiores y la compararemos posteriormente con la tercera. Esta decisión se ha tomado debido al número de imágenes obtenidas con suficiente definición y claridad necesarias y observando tomado debido al número de imágenes obtenidas con suficiente definición y claridad necesarias y observando que en aquellas que hemos descartado por falta de estos requisitos anteriores se emula la forma en planta que que en aquellas que hemos descartado por falta de estos requisitos anteriores se emula la forma en planta que aparece en las dos primeras. A continuación se presentan algunas de las imágenes que se han desechado donde aparece en las dos primeras. A continuación se presentan algunas de las imágenes que se han desechado donde se comprueba lo indicado.

(30)

Ilustración 2-3: Alas descartadas Ilustración 2-3: Alas descartadas

Llegados a este punto, se va a realizar el diseño de la forma en planta de nuestra ala de forma que se adapte lo Llegados a este punto, se va a realizar el diseño de la forma en planta de nuestra ala de forma que se adapte lo máximo posible a las imágenes escogidas. Para ello, se considerará únicamente la semi-ala izquierda para máximo posible a las imágenes escogidas. Para ello, se considerará únicamente la semi-ala izquierda para ambos casos y trabajaremos a partir de estas. Realizando estas consideraciones, tendremos las siguientes ambos casos y trabajaremos a partir de estas. Realizando estas consideraciones, tendremos las siguientes imágenes sobre las que se trabajará.

imágenes sobre las que se trabajará.

Ilustración 2-4: Alas 1 y 2 Ilustración 2-4: Alas 1 y 2

Para poder facilitar la tarea a realizar con las imágenes y definir bien los límites del ala, se va a obtener la Para poder facilitar la tarea a realizar con las imágenes y definir bien los límites del ala, se va a obtener la pro

proyecyección ción de de las las mismmismas as en en negnegro ro sobsobre re un un fondfondo o blanblanco, co, para para ello ello se se utilutilizará izará el el progprograma rama AdoAdobebe Photoshop. Además, se quitarán algunas irregularidades ofrecidas por las puntas de las plumas. Se tiene de Photoshop. Además, se quitarán algunas irregularidades ofrecidas por las puntas de las plumas. Se tiene de este modo:

este modo:

Ilustración 2-5: Forma en planta de las alas Ilustración 2-5: Forma en planta de las alas

(31)

Por último, se va a aumentar la calidad de las imágenes ya que si hacemos zoom sobre éstas podemos apreciar Por último, se va a aumentar la calidad de las imágenes ya que si hacemos zoom sobre éstas podemos apreciar que los bordes están demasiado pixelados y podría conducir a error. Tenemos así los siguientes cambios: que los bordes están demasiado pixelados y podría conducir a error. Tenemos así los siguientes cambios:

Ilustración 2-6: Transformación ala 1 Ilustración 2-6: Transformación ala 1

Ilustración 2-7: Transformación ala 2 Ilustración 2-7: Transformación ala 2

Con la nueva calidad de las imágenes, se está ya en disposición de trabajar con ellas y extraer de las mismas Con la nueva calidad de las imágenes, se está ya en disposición de trabajar con ellas y extraer de las mismas las medidas necesarias para extrapolar estas proyecciones a la forma en planta que tendrá nuestro diseño.

las medidas necesarias para extrapolar estas proyecciones a la forma en planta que tendrá nuestro diseño.

Para obtener la geometría del ala, vamos a realizar una aproximación de los bordes mediante curvas suaves. Para obtener la geometría del ala, vamos a realizar una aproximación de los bordes mediante curvas suaves. Para ello utilizaremos elipses, circunferencias y arcos de tangencia. Cuando tengamos la geometría Para ello utilizaremos elipses, circunferencias y arcos de tangencia. Cuando tengamos la geometría correspondiente a las dos imágenes seleccionadas, crearemos una nueva que se ajuste lo más posible a las dos correspondiente a las dos imágenes seleccionadas, crearemos una nueva que se ajuste lo más posible a las dos obtenidas. Ésta última será la forma en planta que utilizaremos en el diseño de nuestra ala.

obtenidas. Ésta última será la forma en planta que utilizaremos en el diseño de nuestra ala.

Observando la geometría de las alas, se va a realizar en primer lugar una aproximación del borde de ataque Observando la geometría de las alas, se va a realizar en primer lugar una aproximación del borde de ataque mediante dos elipses. Cada una de ellas aproximará una parte del borde y la unión entre ambas la realizaremos mediante dos elipses. Cada una de ellas aproximará una parte del borde y la unión entre ambas la realizaremos mediante un spline escogiendo puntos pertenecientes a las elipses en la zona en las que éstas resulten una mediante un spline escogiendo puntos pertenecientes a las elipses en la zona en las que éstas resulten una buen

buena apra aproximoximacióación. Pan. Para ello ra ello se vase van a escn a escoger oger las clas cónicónicas máas más adecs adecuaduadas posas posibleibles tens teniendiendo de eso de este mote modo lasdo las dos siguientes:

(32)

Ilustración 2-8: Elipses borde de ataque del ala 1 Ilustración 2-8: Elipses borde de ataque del ala 1

Antes de incluir los valores que definen las elipses debemos realizar una serie de consideraciones. En primer Antes de incluir los valores que definen las elipses debemos realizar una serie de consideraciones. En primer lugar cabe indicar que trabajaremos con mm a la hora de representar la geometría en CATIA V5 para realizar lugar cabe indicar que trabajaremos con mm a la hora de representar la geometría en CATIA V5 para realizar la forma en planta, más adelante se realizará el dimensionamiento del ala utilizando para ello valores reales. la forma en planta, más adelante se realizará el dimensionamiento del ala utilizando para ello valores reales. Por otro lado hay que establecer un origen para nuestro sistema de referencia. Este vendrá situado en la raíz del Por otro lado hay que establecer un origen para nuestro sistema de referencia. Este vendrá situado en la raíz del ala, al comienzo del borde de ataque y respecto a él vendrán definidas todas las medidas.

ala, al comienzo del borde de ataque y respecto a él vendrán definidas todas las medidas.

Tenemos de este modo que las elipses correspondientes al borde de ataque vienen definidas en la siguiente Tenemos de este modo que las elipses correspondientes al borde de ataque vienen definidas en la siguiente tabla.

tabla.

Elipse

Elipse 1 1 Elipse Elipse 22 Centro

Centro (-231.5,-145.25)mm (-231.5,-145.25)mm (-92.15,-78.32)mm(-92.15,-78.32)mm Semieje

Semieje mayor mayor 254.39 254.39 mm mm 150.5 150.5 mmmm Semieje

Semieje menor menor 94.755 94.755 mm mm 75.5 75.5 mmmm Inclinación

Inclinación 23.05º 23.05º 12.59º12.59º Dominio

Dominio [-466.5,-268.6] [-466.5,-268.6] [-122.08,0][-122.08,0] Tabla 2-1: Elipses borde de ataque del ala 1 Tabla 2-1: Elipses borde de ataque del ala 1

Una vez obtenidos lo valores que definen las elipses, se está en disposición de trasladar estos datos a un diseño Una vez obtenidos lo valores que definen las elipses, se está en disposición de trasladar estos datos a un diseño en CATIA V5. Para ello, en un plano horizontal, mediante un Skecht, dibujando las elipses y aproximando en CATIA V5. Para ello, en un plano horizontal, mediante un Skecht, dibujando las elipses y aproximando mediante spline la zona donde no está definida la geometría, tenemos el siguiente borde de ataque:

(33)

Ilustración 2-9: Borde de ataque del ala 1 Ilustración 2-9: Borde de ataque del ala 1

La comprobación de que coincide el dibujo con el ala se realizará cuando se haya realizado la representación La comprobación de que coincide el dibujo con el ala se realizará cuando se haya realizado la representación del borde de salida.

del borde de salida.

Se va a realizar ahora el mismo proceso con el borde de salida. Aunque éste tiene más irregularidades que el Se va a realizar ahora el mismo proceso con el borde de salida. Aunque éste tiene más irregularidades que el anterior causadas por las plumas del ave, se aproximará igualmente mediante dos elipses y veremos cómo se anterior causadas por las plumas del ave, se aproximará igualmente mediante dos elipses y veremos cómo se ajustan de igual modo a la geometría del ala.

ajustan de igual modo a la geometría del ala. Se tiene en este caso las siguientes elipses: Se tiene en este caso las siguientes elipses:

Ilustración 2-10: Elipses borde de salida del ala 1 Ilustración 2-10: Elipses borde de salida del ala 1

(34)

Centro

Inclinación 12.3º 12.3º -23.3º-23.3º Dominio

Dominio [-466.5,-120] [-466.5,-120] [-56.5,0][-56.5,0] Tabla 2-2: Elipses borde de salida del ala 1 Tabla 2-2: Elipses borde de salida del ala 1

Representándolas con CATIA V5 y realizando el mismo procedimiento con spline que el realizado para el Representándolas con CATIA V5 y realizando el mismo procedimiento con spline que el realizado para el bor

borde dde de ate ataquaque tene tenemoemos la s la sigsiguienuiente gte geomeeometríatría::

Ilustración 2-11: Borde de salida del ala 1 Ilustración 2-11: Borde de salida del ala 1

Una vez que se tienen ambos bordes marginales, se está en disposición de comparar la geometría que se ha Una vez que se tienen ambos bordes marginales, se está en disposición de comparar la geometría que se ha obtenido mediante las aproximaciones con la geometría real del ala del vencejo. Las siguientes figuras obtenido mediante las aproximaciones con la geometría real del ala del vencejo. Las siguientes figuras muestran el resultado final de ambos bordes juntos y la comparación con el ala real respectivamente:

(35)

Ilustración 2-12: Forma en planta del ala 1 Ilustración 2-12: Forma en planta del ala 1

Ilustración 2-13: Comparación de la forma en planta del ala 1 con la referencia Ilustración 2-13: Comparación de la forma en planta del ala 1 con la referencia

A la vista de las imágenes podemos concluir que se ha realizado una buena aproximación de la geometría A la vista de las imágenes podemos concluir que se ha realizado una buena aproximación de la geometría eliminando irregularidades y adaptándola correctamente a la real.

eliminando irregularidades y adaptándola correctamente a la real.

A continuación se va a realizar el mismo procedimiento para nuestra segunda imagen de referencia. En primer A continuación se va a realizar el mismo procedimiento para nuestra segunda imagen de referencia. En primer lugar se obtendrá, del mismo modo que antes, una aproximación del borde de ataque mediante curvas suaves y lugar se obtendrá, del mismo modo que antes, una aproximación del borde de ataque mediante curvas suaves y spline.

(36)

Ilustración 2-14: Elipses borde de ataque del ala 2 Ilustración 2-14: Elipses borde de ataque del ala 2

Las elipses de la figura anterior vienen definidas por la siguiente tabla, donde se ha tomado como origen del Las elipses de la figura anterior vienen definidas por la siguiente tabla, donde se ha tomado como origen del sistema de referencia, el mismo lugar que antes, el inicio del borde de ataque en la raíz del ala. De este modo sistema de referencia, el mismo lugar que antes, el inicio del borde de ataque en la raíz del ala. De este modo se tiene:

se tiene:

Elipse

Elipse 1 1 Elipse Elipse 22 Centro

Semieje menor menor 93.33 93.33 mm mm 88 88 mmmm Inclinación

Inclinación 22º 22º 22.2º22.2º

Dominio [-413.33,-219.5] [-114,0]

Tabla 2-3: Elipses borde de ataque del ala 2 Tabla 2-3: Elipses borde de ataque del ala 2

Con estos valores que definen las curvas, y aproximando el intervalo en el que éstas no se ajustan, se obtiene la Con estos valores que definen las curvas, y aproximando el intervalo en el que éstas no se ajustan, se obtiene la siguiente representación en CATIA V5:

(37)

Ilustración 2-15: Borde de ataque del ala 2 Ilustración 2-15: Borde de ataque del ala 2

Se va a realizar ahora el análisis del borde de salida. En este caso, al igual que en la proyección anteriormente Se va a realizar ahora el análisis del borde de salida. En este caso, al igual que en la proyección anteriormente estudiada, se encuentra el problema de las irregularidades en este borde marginal. Del mismo modo que en el estudiada, se encuentra el problema de las irregularidades en este borde marginal. Del mismo modo que en el caso anterior se realizarán aproximaciones mediante curvas suaves y se adaptará nuestro diseño lo máximo caso anterior se realizarán aproximaciones mediante curvas suaves y se adaptará nuestro diseño lo máximo pos

posible ible a la a la proyproyecciección dón del ael ala dla del avel ave.e. Se tienen ahora las siguientes elipses: Se tienen ahora las siguientes elipses:

Ilustración 2-16: Elipses borde de salida del ala 2 Ilustración 2-16: Elipses borde de salida del ala 2

(38)

Centro

Inclinación 8.5º 8.5º 7º7º

Dominio

Dominio [-413.33,-197] [-413.33,-197] [-57.33,0][-57.33,0] Tabla 2-4: Elipses borde de salida del ala 2 Tabla 2-4: Elipses borde de salida del ala 2 Representándolo con CATIA V5, se tiene el siguiente borde de salida

Representándolo con CATIA V5, se tiene el siguiente borde de salida

Ilustración 2-17: Borde de salida del ala 2 Ilustración 2-17: Borde de salida del ala 2

Hecho esto, se tiene todo lo necesario para comparar en este caso la geometría que se ha obtenido mediante las Hecho esto, se tiene todo lo necesario para comparar en este caso la geometría que se ha obtenido mediante las aproximaciones con la geometría real del ala del vencejo. Las siguientes figuras muestran el resultado final de aproximaciones con la geometría real del ala del vencejo. Las siguientes figuras muestran el resultado final de ambos bordes juntos y la comparación con el ala real respectivamente:

(39)

Ilustración 2-18: Forma en planta del ala 2 Ilustración 2-18: Forma en planta del ala 2

Ilustración 2-19: Comparación de la forma en planta del ala 2 con la referencia Ilustración 2-19: Comparación de la forma en planta del ala 2 con la referencia

Analizando la imagen se puede apreciar que se ha conseguido una buena aproximación del borde de ataque y Analizando la imagen se puede apreciar que se ha conseguido una buena aproximación del borde de ataque y que nuestro diseño coincide con la proyección del ala del vencejo. Respecto al borde de salida se puede que nuestro diseño coincide con la proyección del ala del vencejo. Respecto al borde de salida se puede considerar que la aproximación que se está haciendo es correcta ya que ajustamos todas las irregularidades a considerar que la aproximación que se está haciendo es correcta ya que ajustamos todas las irregularidades a un diseño somero y suave de la geometría de dicho borde.

un diseño somero y suave de la geometría de dicho borde.

Llegados a este punto se van a comparar ahora las dos geometrías obtenidas correspondientes a cada Llegados a este punto se van a comparar ahora las dos geometrías obtenidas correspondientes a cada configuración de partida.

(40)

Ilustración 2-20: Comparación de ambas alas Ilustración 2-20: Comparación de ambas alas

Se puede comprobar cómo esta simple superposición no permite comparar adecuadamente ambos diseños. Se puede comprobar cómo esta simple superposición no permite comparar adecuadamente ambos diseños. Para ello se realizará la adaptación de una de las dos alas de modo que ambas tengan la misma envergadura. Para ello se realizará la adaptación de una de las dos alas de modo que ambas tengan la misma envergadura. Esto se puede hacer debido a que no se está en el proceso de dimensionamiento del ala, sino de la obtención de Esto se puede hacer debido a que no se está en el proceso de dimensionamiento del ala, sino de la obtención de una geometría inicial que defina los bordes marginales del ala y con ello la forma en planta, estableciéndose de una geometría inicial que defina los bordes marginales del ala y con ello la forma en planta, estableciéndose de este modo la cuerda de cada sección.

este modo la cuerda de cada sección.

Para la misma envergadura, la comparación de ambos diseños viene representada en la siguiente imagen: Para la misma envergadura, la comparación de ambos diseños viene representada en la siguiente imagen:

Ilustración 2-21: Comparación adimensionalizadas en envergadura de ambas alas Ilustración 2-21: Comparación adimensionalizadas en envergadura de ambas alas

(41)

Llegados a este punto se va a obtener el diseño final ajustando este a las dos proyecciones que tenemos. Dicho Llegados a este punto se va a obtener el diseño final ajustando este a las dos proyecciones que tenemos. Dicho ajuste se realizara mediante una sola curva, en este caso elipses y de la misma forma que se hizo para cada ajuste se realizara mediante una sola curva, en este caso elipses y de la misma forma que se hizo para cada caso por separado. De este modo se tiene:

caso por separado. De este modo se tiene:

Ilustración 2-22: Elipses ala final Ilustración 2-22: Elipses ala final

Elipses que utilizando el mismo sistema de coordenadas que en los casos anteriores están definidas por los Elipses que utilizando el mismo sistema de coordenadas que en los casos anteriores están definidas por los datos reflejados en la siguiente tabla:

datos reflejados en la siguiente tabla:

Elipse

Elipse BA BA Elipse Elipse BSBS Centro

Inclinación 22.6º 22.6º 15º15º

Dominio

Dominio [-466.5,0] [-466.5,0] [-466.5,0][-466.5,0] Tabla 2-5: Elipses ala final

Tabla 2-5: Elipses ala final

Representando estos datos en CATIA V5 se obtiene la forma en planta de nuestro diseño final: Representando estos datos en CATIA V5 se obtiene la forma en planta de nuestro diseño final:

(42)

Ilustración 2-23: Forma en planta del ala final Ilustración 2-23: Forma en planta del ala final

Se realizara ahora la comprobación de que nuestra representación se corresponde con la establecida por las Se realizara ahora la comprobación de que nuestra representación se corresponde con la establecida por las elipses de aproximación y que supone una geometría intermedia entre las dos formas en planta de las elipses de aproximación y que supone una geometría intermedia entre las dos formas en planta de las pro

proyecyeccioneciones ds del ael ala dla del veel vencejo ncejo que que se tse teníaenían:n:

Ilustración 2-24: Comparación de las alas Ilustración 2-24: Comparación de las alas

Para finalizar el diseño de la forma en planta, de forma que se adapte a la realidad, se debe mantener en la Para finalizar el diseño de la forma en planta, de forma que se adapte a la realidad, se debe mantener en la unión del borde de ataque con el de salida una serie de conceptos geométricos como son la continuidad en la unión del borde de ataque con el de salida una serie de conceptos geométricos como son la continuidad en la geometría, en la derivada primera (tangencia entre ambas curvas) y en la derivada segunda.

(43)

Para conseguir lo indicado se utilizará como medio de aproximación curvas creadas mediante spline donde Para conseguir lo indicado se utilizará como medio de aproximación curvas creadas mediante spline donde seguirán la geometría del borde de ataque y la del borde salida cada uno y en las proximidades de la punta del seguirán la geometría del borde de ataque y la del borde salida cada uno y en las proximidades de la punta del ala se realizará la unión entre ambos bordes creando así una curva suave. Para mantener la geometría del ala ala se realizará la unión entre ambos bordes creando así una curva suave. Para mantener la geometría del ala mediante dos curvas diferentes que represente cada una a un borde, se realizará la unión de las dos curvas mediante dos curvas diferentes que represente cada una a un borde, se realizará la unión de las dos curvas mediante tangencia a una línea vertical, de modo que en este punto se dividirá la geometría en dos tal y como mediante tangencia a una línea vertical, de modo que en este punto se dividirá la geometría en dos tal y como se había realizado anteriormente.

se había realizado anteriormente.

Ilustración 2-25: Corrección de la unión entre bordes marginales en la punta Ilustración 2-25: Corrección de la unión entre bordes marginales en la punta

Se tiene así la forma en planta final de nuestra ala definiéndose así la curvatura de los bordes marginales y la Se tiene así la forma en planta final de nuestra ala definiéndose así la curvatura de los bordes marginales y la cuerda en cada sección.

cuerda en cada sección.

Ilustración 2-26: Forma en planta definitiva Ilustración 2-26: Forma en planta definitiva

(44)

2.3.2

2.3.2 Distribución de perfiles

Distribución de perfiles

A la hora de realizar el estudio sobre la distribución de perfiles a lo largo del ala, se han encontrado una serie A la hora de realizar el estudio sobre la distribución de perfiles a lo largo del ala, se han encontrado una serie de dificultades. Estas dificultades han sido

de dificultades. Estas dificultades han sido debidas principalmente debidas principalmente a la variación que a la variación que se produce en se produce en las alas delas alas de las aves a lo

las aves a lo largo del vuelo, añadiéndole también largo del vuelo, añadiéndole también que no existen dos que no existen dos ejemplares iguales de la misma especie.ejemplares iguales de la misma especie. Esto provoca que los estudios encontrados no presenten una distribución de perfiles a lo largo del ala, ya que Esto provoca que los estudios encontrados no presenten una distribución de perfiles a lo largo del ala, ya que los análisis de la misma se realizan en túneles de viento, y no se dispone de este modo, una configuración los análisis de la misma se realizan en túneles de viento, y no se dispone de este modo, una configuración exacta de las secciones del ala del vencejo real.

exacta de las secciones del ala del vencejo real.

Investigando acerca de los diferentes tipos de perfiles comunes dentro de las aves, se han encontrado algunas Investigando acerca de los diferentes tipos de perfiles comunes dentro de las aves, se han encontrado algunas formas generales para diferentes especies existentes así como comparaciones con diferentes aviones actuales y formas generales para diferentes especies existentes así como comparaciones con diferentes aviones actuales y otros ya fuera de mercado o que han marcado hitos históricos. En la siguiente imagen se ve la forma general otros ya fuera de mercado o que han marcado hitos históricos. En la siguiente imagen se ve la forma general del perfil de los vencejos, del mirlo (blackbird), del avión de los hermanos Wright, etc:

del perfil de los vencejos, del mirlo (blackbird), del avión de los hermanos Wright, etc:

Ilustración 2-27: Diferentes tipos de perfiles Ilustración 2-27: Diferentes tipos de perfiles

Por otro lado, en la búsqueda de perfiles de aves se ha encontrado también la siguiente imagen en la que viene Por otro lado, en la búsqueda de perfiles de aves se ha encontrado también la siguiente imagen en la que viene representada los perfiles generales para diferentes especies entre las que encontramos el albratros, la cigüeña representada los perfiles generales para diferentes especies entre las que encontramos el albratros, la cigüeña (stork), el águila (Eagle) y el halcón (hawk). Se observa cómo la geometría en todos los casos es similar. Por (stork), el águila (Eagle) y el halcón (hawk). Se observa cómo la geometría en todos los casos es similar. Por un lado tenemos un borde de ataque redondeado, con curvatura significativa a lo largo de todo el perfil y con un lado tenemos un borde de ataque redondeado, con curvatura significativa a lo largo de todo el perfil y con un borde de salida afilado. Cabe indicar que existe una diferencia entre los espesores que presenta el perfil de un borde de salida afilado. Cabe indicar que existe una diferencia entre los espesores que presenta el perfil de cada especie, aunque todos quedan en el rango de perfiles delgados.

(45)

Ilustración 2-28: Perfiles de diferentes aves Ilustración 2-28: Perfiles de diferentes aves

Por otro lado, en la búsqueda de información acerca de cómo varia a lo largo de la envergadura el ala del Por otro lado, en la búsqueda de información acerca de cómo varia a lo largo de la envergadura el ala del vencejo real,

vencejo real, incluyéndolo junto con el resto de incluyéndolo junto con el resto de vencejos entre las aves vencejos entre las aves acrobáticaacrobáticas y ms y migratorias debido a suigratorias debido a su gran maniobrabilidad a la hora de cazar insectos y a los largos viajes de migración que realizan a lo largo de su gran maniobrabilidad a la hora de cazar insectos y a los largos viajes de migración que realizan a lo largo de su vida, se ha encontrado que el ala de este tipo de ave se divide en dos zonas diferenciables como se aprecia en vida, se ha encontrado que el ala de este tipo de ave se divide en dos zonas diferenciables como se aprecia en la siguiente imagen [1]:

la siguiente imagen [1]:

Ilustración 2-29: Perfiles del ala del vencejo real Ilustración 2-29: Perfiles del ala del vencejo real