N o m b r e : Y e s s i c a G i s s e l l e
M a r t í n e z P é r e z
P r o f e s o r : D r . J o r g e
H e r n á n d e z T a m a y o
G r u p o : 5 A M 2
Apuntes de Aerodinámica
1
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 (
Ṝ
). La
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
2
1.3.2 Centro de Presión
Centro de presión: Es el punto de intersección de la
con la cuerda de un
perfil
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
3
4
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.
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1.5 Anatomía de las aeronaves
Aeronave: Transporte aéreo que se puede desplazar por sí mismo dentro del seno de la atmosfera mediante las relaciones aerodinámicas que se realizan sobre el aerodino o mientras las relaciones aerostáticas (aerostatos).
Aerostatos
Globo libre
Globo cautivo
Esférico
No
esférico
Esférico
No esférico
Dirigible
Rígido Semirrígido No rígidoAerodinos
Sin
motor
Con
motor
Planeador
(libre)
Cometa
(cautiva)
Avión
Giro avión
(ala
rotativa)
Ornitóptero
(ala
batiente
) Terrestre Acuático Anfibio Terrestre Acuático Anfibio Terrestre Acuático Anfibio Terrestre Acuático AnfibioGiro plano
Helicóptero
Terrestre Acuático AnfibioAeronaves
Con
motor
Sin
motor
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1.5.1 Aviones
Ala: superficie(s) que genera la sustentación principal del avión.
Clasificación por número de alas
Por posición con respecto al fuselaje
Monoplano Ala baja
Biplano
Ala media
Triplano Ala alta
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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”.
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Tipos de tren de aterrizaje
Flecha del ala.
9
Estructura de un ala
Las partes principales estructurales del ala son los largueros (spar), las costillas (ribs), y los larguerillos (stringers).
10
Mecanismos del ala
11
Generador de vórtices
12
Interceptor de flujo mecanismos de borde de ataque (Spoiler).
13
Timón de dirección
14
1.5.2 Helicópteros
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Por número de palas
Bipala Tripala
…n
Por número de motores
Monomotor Bimotor …n
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Clasificación de helicópteros propulsivos
Motor en el eje
Cohete en la punta
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UNIDAD 2 Levantamiento (Sustentación)
La fuerza de levantamiento (sustentación) es la proyección del vector en el eje perpendicular al vector velocidad de flujo del sistema de coordenadas del viento.
La
L
se puede presentar con ayuda de gráficas y por medio de su magnitud adimensional.Coeficiente de levantamiento (sustentación) incluye todos los parámetros menos la posición relativa (α).
La gráfica más común se denomina curva de sustentación
Si aumenta
α
, aumenta
𝑪
𝑳(es
lineal) hasta cierto punto o valor
máximo, hasta el 80% de
𝑪
𝑳.
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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
19
Observamos que el vector elemental
ds
es igual a la magnitud del arcods
y está dirigido a lo largo del sentido positivo tangente al contornods=T.
La integral del producto escalar de los vectores ך y ds tomados en la sección abierta AB del contorno es igual a :
= 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”
Donde
= circulación de velocidad
Si expresamos el producto escalar por medio de sus proyecciones en un sistema de coordenadas rectangulares.
20
( )
La mayor velocidad sobre el extradós y la menor velocidad en el 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)
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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 u fluido sobre u perfil, en su sección unitaria actúa una fuerza de sustentación que es igual al producto de la densidad, velocidad y circulación sobre el perfil.
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En el teorema se basan los métodos modernos da cálculo de las características aerodinámicas de las hélices y alabes.
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
∫
dy
y
dy
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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 . Suponiendo la condición de no deslizamiento entre el cilindro y el flujo circulatorio. Halle:
a) Valor de circulación
b) Fuerza de sustentación o transversal. Ґ=2πr Como = Vαr = ; W= Por lo tanto Ґ=2πW = 18.850ft/s Ґ=2πr = 2π (2ft)(18.850ft/s)= 236.876 ( ) ( ) Datos: d= 4 ft l= 25 ft. n= 90rpm Vα=120 fps 𝒇𝒕𝒔 ɤ= 0.0765 𝒇𝒕𝒍𝒃𝟑
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Características aerodinámicas de 1 perfil
Levantamiento 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<1
Transónicas 0.86<Ma<1.2 Supersónicas Ma>1
