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Perfiles Hidrodinámicos
Perfil es un contorno cerrado, alargado en la dirección del flujo que se caracteriza por un borde de ataque redondeado y por un borde de fuga agudo. Presenta una distribución uniforme de espesores a lo largo de una línea media denominada esqueleto
Borde de Ataque
Borde de Fuga
Extrados
Intrados
Esqueleto
e
Perfiles Aerodinámicos
NOMENCLATURA
α1´=ángulo tangente línea de centros en la entrada
α2´=ángulo tangente línea de centros en la salida
α1=ángulo del fluido en la entrada
α2=ángulo del fluido de salida
i=α1-α´1 Incidencia
ε= α1-α2 Deflexión
d= α2-α2’ Desviación
α1´
α1
Vr1
Vr2α2´
α2
l
Flujo Alrededor de Perfiles
Cilindro sumergido en una corriente
uniforme de fluido ideal
Distribución de Presiones simétrica
No hay resistencia al movimiento, por lo tanto la fuerza de arrastre es nula
¿¿¿Cuál es la Dirección del
Flujo???
Flujo Alrededor de Perfiles
Cilindro sumergido en una corriente uniforme de fluido real
Distribución de Presiones no simétricas.
Hay resistencia al movimiento, Desprendimiento y capa límite
Se genera fuerza de arrastre y de sustentación
Vórtices gemelosVórtice Karman
Flujo muy lento Flujo rápido
Vórtice en una esféra
Re=15,000 Re=30,000
Capa laminar Capa laminar turbulenta
duRe
Punto de desprendimiento
Punto de desprendimiento
Perfiles aerodinámicos. Flujo alrededor de un perfil
Flujo Ideal sobre un perfil Aislado
Flujo Real sobre un perfil Aislado
Perfiles aerodinámicos. Flujo alrededor de un perfil
Las principales fuerzas que actúan sobre el Perfil son:
Sustentación Arrastre Peso
L = Fuerza de sustentación
D = Fuerza de arrastre
L
D
Perfiles aerodinámicos. Perfil Aislado
e - ángulo de pérdidas
X
a
V∞
L
D
Centro de presiones
q
P
dA
F
e
a - ángulo de ataque
Centroide
Centro de presiones
es función de a y Re
Momento M
Números adimensionales para un perfil. Coeficientes de Análisis
lb
lb
b
A
.A*
12
1 2
lc
LC
m
L
Coeficiente de arrastreCoeficiente de sustentación
12
1 2
lc
DC
m
D
.
En un perfil de geometría determinada se pueden definir los siguientes coeficientes adimensionales:
Perfiles aerodinámicos. Perfil en rejillas
Z
a
V∞
FZ
FX
Centro de presiones
q
P
dA
F
a - ángulo de ataque
X
Momento M
Números adimensionales para un perfil. Coeficientes de Análisis
También se pueden definir los siguientes números:
l2
V
F
2
V*A
F
C2
Z2
Z
Z
l2
V
F
2
V
*A
F
C2
X2
X
X
Coeficiente de
sustentación.
Coeficiente de
arrastre.
Coeficiente de
Momento.
bl.A lb
lb
b
A
.A*
V2
22M
2
V
M
2
V
*A
M
C
l
l
…Velocidad relativa al álabe
Representación de los coeficientes
Estos coeficientes se presentan de tres formas distintas, en tablas, en forma de curva polar y en forma de curva CD, CL y Cm en función de a
Curvas CD, CL y Cm en función de a:
hola
16°0
α (+)
α (-) V
V
Representación de los Coeficientes
D
L
C
Cctg )(e
nos expresa la fineza hidrodinámica o el
rendimiento del ala.
Al trazar una recta tangente a la curva polar
que pase por el origen obtenemos el ángulo de
planeo óptimo, emin. El ángulo “a”
correspondiente a la tangencia será el ángulo de incidencia óptimo, es decir el ángulo que proporciona la relación mínima del arrastre al empuje.
Curva Polar:emin
e
α
Angulo de Planeo óptimo aoptimo emin
Métodos de Trazado y Análisis de Perfiles (flujo bidimensional)
Métodos Matemáticos
Métodos de simulación computacional
Métodos Experimentales
-Flujo Potencial
-Transformación conforme
-Singularidades
Método Analítico. Perfil Joukowsky
La transformación de Joukowsky en el plano complejo, es la más simple de un conjunto de transformaciones de la forma:
Joukowsky
f(z)
Aerodinámica en Perfiles
Campo de velocidad alrededor de
un perfil
Joukowsky aislado b = 0,9 b =10
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.51
0.5
0
0.5
1
Joukowski. Methode de Singularités1
1-
Y
Y1
YM
3.60 X X 1, X M,
C/C1
x/lSolución Analítica
Método de las Singularidades
ba - sin2LC
El coeficiente de Sustentación
Familias de Perfiles
Generalmente diseñados con métodos experimentales
Joukowski 815
NACA 4412
Göttingen 624
Las formas son representadas en tablas numéricas o expresiones matemáticas …
Generación de perfiles
Se genera una línea media que, teóricamente, indica la trayectoria del flujo a través de la cascada de álabes, o más general, que es responsable de la deflexión que experimenta el flujo en su interacción dinámica con el perfil.
Se genera una distribución de espesores independiente de la línea media. La principal función de la distribución de espesores es soportar los esfuerzos resultantes de la interacción del álabe con el flujo, sin embargo por la interferencia que significa su presencia su forma debe ser tal que se minimice el desprendimiento del flujo.
Perfiles NACA Serie 6
La serie 6 de los perfiles NACA consiste en un método para la generación de una línea media a partir de parámetros especificados en el código del perfil. Esta serie presenta a su vez un conjunto de subseries (61, 62, 63, 64, 65) para especificar el tipo de distribución de espesores. En compresores los perfiles NACA 65 y los NACA 65A son frecuentemente preferidos.
NACA 65,3-218, a=0.5
Serie
Sub - serie
Rgo. Coeficiente de sustentación
Coeficiente de Sustentación Cl0
}Espesor máximo
Designación de línea media
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0.05
a=0; cl=0,5
a=0; cl=1
a=0,5; cl=0,5
a=0,5; cl=1
a=1; cl=0,5
a=1; cl=1
a=0; cl=0,5
a=0; cl=1
a=0,5; cl=0,5
a=0,5; cl=1
a=1; cl=0,5
a=1; cl=1
32,3%
44,15%
50%
Perfiles Naca. Serie 6
Perfiles en rejillas
Campo de utilización
Punto A: corresponde a las pérdidas
mínimas.
Punto B: ubicado en el punto medio de
la zona de operación a-c.
Punto C: fineza aerodinámica máxima
(εmínimo).
Punto K: corresponde al 80% de la
deflexión máxima.
Punto N: punto correspondiente a una
distribución de presiones sobre
extradós con mínima variación de
presión. Utilizado para conseguir
maquinas con bajo ruido