1 ensayos en tÚnel aerodinÁmico josé meseguer idr/upm, e.t.s.i. aeronÁuticos

1

ENSAYOS EN TÚNEL AERODINÁMICO

José Meseguer

IDR/UPM, E.T.S.I. AERONÁUTICOS

www.idr.upm.es

2


Túnel aerodinámico Túnel aerodinámico

5

1 2 3 4

1: contracción, 2: cámara de ensayos, 3: adaptador, 4: motores, 5: difusor y

conducto de retorno

1: contracción, 2: cámara de ensayos, 3: adaptador, 4: motores, 5: difusor y

conducto de retorno

3


Túnel aerodinámico Túnel aerodinámico

1: contracción, 2: cámara de ensayos, 3: adaptador, 4: motores, 5: difusor

1: contracción, 2: cámara de ensayos, 3: adaptador, 4: motores, 5: difusor

1 2 3 4

1 2 3 4 5

4


IDR/UPM: Túnel A9 IDR/UPM: Túnel A9

1: contracción, 2: cámara de ensayos, 3: adaptador, 4: motores

1: contracción, 2: cámara de ensayos, 3: adaptador, 4: motores

5


Túnel aerodinámico A9 Túnel aerodinámico A9

Cámara de ensayos

Cámara de ensayos

6


IDR/UPM: Túnel S4IDR/UPM: Túnel S4

Ventiladores (1), cámaras de tranquilización (2), enderezadores y uniformizadores de corriente (3),

contracción (4), cámara de ensayos (5) y difusor de salida (6)

Ventiladores (1), cámaras de tranquilización (2), enderezadores y uniformizadores de corriente (3),

contracción (4), cámara de ensayos (5) y difusor de salida (6)

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Ventilador (1), cámara de tranquilización (2), contracción (3), cámara de ensayos (4) y difusor de salida (5)

Ventilador (1), cámara de tranquilización (2), contracción (3), cámara de ensayos (4) y difusor de salida (5)

IDR/UPM: Túnel S1CIDR/UPM: Túnel S1C

1

2

3

4

5

8


Ensayos en túnel aerodinámico

Leyes de semejanza

Leyes de semejanza

Cargas de viento

Cargas de viento

túnel

9


Ensayos en túnel aerodinámico

Leyes de semejanzaLeyes de semejanza

Semejanza geométricaSemejanza geométrica

Semejanza cinemáticaSemejanza cinemática

Semejanza dinámicaSemejanza dinámica

10



El modelo ha de ser una reproducción a escala del obstáculo real y su entorno

El modelo ha de ser una reproducción a escala del obstáculo real y su entorno

En el modelo de ensayos han de estar reproducidos todos los detalles

aerodinámicamente significativos

En el modelo de ensayos han de estar reproducidos todos los detalles

aerodinámicamente significativos

11



Dependiendo de lo que se quiera medir, algunos detalles del modelo pueden ser irrelevantes

Dependiendo de lo que se quiera medir, algunos detalles del modelo pueden ser irrelevantes

12



La rugosidad de las gradas no influye en las cargas sobre la cubierta

La rugosidad de las gradas no influye en las cargas sobre la cubierta

13



Líneas de corriente semejantesLíneas de corriente semejantes

Los flujos cinemáticamente semejantes han de ser, necesariamente, geométricamente

semejantes

Los flujos cinemáticamente semejantes han de ser, necesariamente, geométricamente

semejantes

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Los flujos geométricamente semejantes no son, necesariamente, cinemáticamente semejantes

Los flujos geométricamente semejantes no son, necesariamente, cinemáticamente semejantes

Perfil en régimen subsónico

Perfil en régimen supersónico

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Semejanza dinámicaSemejanza dinámica

En puntos homólogos las fuerzas de tipos idénticos (presión, rozamiento) son paralelas y

la relación entre sus módulos es constante

En puntos homólogos las fuerzas de tipos idénticos (presión, rozamiento) son paralelas y

la relación entre sus módulos es constante

Se pueden conocer las cargas sobre el objeto real midiendo las cargas sobre el modelo

Se pueden conocer las cargas sobre el objeto real midiendo las cargas sobre el modelo

Para que haya semejanza dinámica ha de haber semejanza cinemática

Para que haya semejanza dinámica ha de haber semejanza cinemática

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Semejanza Semejanza

El principio de semejanza se establece matemáticamente mediante la igualdad, en

la realidad y en los ensayos, de ciertos grupos adimensionales formados con las

variables físicas del problema

El principio de semejanza se establece matemáticamente mediante la igualdad, en

la realidad y en los ensayos, de ciertos grupos adimensionales formados con las

variables físicas del problema

Los grupos adimensionales expresan relaciones entre fuerzas u otro tipo de relaciones (cinemáticas y geométricas)

Los grupos adimensionales expresan relaciones entre fuerzas u otro tipo de relaciones (cinemáticas y geométricas)

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2

21p

Uc

U

2

21p

Uc

U


Coeficiente de presiónCoeficiente de presión

Es la relación entre las fuerzas de

presión y las inercia

Es la relación entre las fuerzas de

presión y las inercia212

pp p

cU

212

pp p

cU

En incompresible ...En incompresible ...2 21 1

2 2p U p U 2 21 1

2 2p U p U

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Número de MachNúmero de Mach

Es la relación entre la velocidad incidente y la del

sonido

Es la relación entre la velocidad incidente y la del

sonidoM

Ua

MUa

Mide la importancia de las fuerzas de inercia frente a las que tienen su origen en la

compresibilidad del fluido

Mide la importancia de las fuerzas de inercia frente a las que tienen su origen en la

compresibilidad del fluido

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Número de MachNúmero de Mach

Régimen incompresible: 0 M 0,3Régimen incompresible: 0 M 0,3

Régimen compresibleRégimen compresible

Subsónico: 0,3 M 0,8

Transónico: 0,8 M 1,1

Supersónico: 1,1 M 5,0

Hipersónico: 5,0 M

20


Régimen transónicoRégimen transónico

M 0,80M > 1

M 0,95M > 1

M > 1

21


Régimen supersónicoRégimen supersónico

M 1,20

M < 1 M > 1

M > 1

22


Influencia del número de MachInfluencia del número de Mach

0,3

M

cl

0,5

0,7

0 0,4 0,8

0,4

0,6

0,8

0,2 0,6 1

23


Número de ReynoldsNúmero de Reynolds

Es la relación entre las fuerzas de inercia y las

de fricción

Es la relación entre las fuerzas de inercia y las

de fricciónRe

lU

RelU

Re pequeño: flujo laminar

Re grande: flujo turbulento

Re pequeño: flujo laminar

Re grande: flujo turbulento

24


Capa límiteCapa límite

La capa límite nace laminar y posteriormente se produce la transición a

capa límite turbulenta

La capa límite nace laminar y posteriormente se produce la transición a

capa límite turbulenta

25



Ante un gradiente adverso de presiones se puede producir el desprendimiento de

la capa límite

Ante un gradiente adverso de presiones se puede producir el desprendimiento de

la capa límite

26



Un gradiente adverso de presiones es tanto más acusado cuanto menor es la

curvatura del obstáculo

Un gradiente adverso de presiones es tanto más acusado cuanto menor es la

curvatura del obstáculo

Punto deremanso

1

cpdcp/d

27


Perfiles de alaPerfiles de ala

28

Capa límite turbulentaCapa límite turbulenta

Capa límite laminarCapa límite laminar


Polar de un perfil de alaPolar de un perfil de ala

cl

cd

29


Capa límiteCapa límite 1

2

3

cl

3

1

2

Sobrepasado un cierto valor del ángulo de ataque se

produce la entrada en pérdida

Sobrepasado un cierto valor del ángulo de ataque se

produce la entrada en pérdida

30


Cuerpos no fuseladosCuerpos no fuselados

La capa límite se desprende en las aristas a números de Reynolds bajos. La configuración

depende poco del número de Reynolds una vez superado el valor crítico

La capa límite se desprende en las aristas a números de Reynolds bajos. La configuración

depende poco del número de Reynolds una vez superado el valor crítico

31


Cuerpos fuselados o redondeadosCuerpos fuselados o redondeados

102101 103 104 105 1060

0,4

0,8

1,2

1,6cD

Re

Coeficiente de resistencia de

esferas y placas planas

Coeficiente de resistencia de

esferas y placas planas

El desprendimiento de la capa límite depende del número de Reynolds. Las cargas cambian con Re

El desprendimiento de la capa límite depende del número de Reynolds. Las cargas cambian con Re

32


Flujo alrededor de una esfera (Re bajo)Flujo alrededor de una esfera (Re bajo)

Desprendimiento laminar: estela amplia, resistencia aerodinámica grande

Desprendimiento laminar: estela amplia, resistencia aerodinámica grande

33


Flujo alrededor de una esfera (Re alto)Flujo alrededor de una esfera (Re alto)

Desprendimiento turbulento: estela estrecha, resistencia aerodinámica pequeña

Desprendimiento turbulento: estela estrecha, resistencia aerodinámica pequeña

34


Flujo alrededor de un cilindro de sección circular

Flujo alrededor de un cilindro de sección circular

Influencia de la rugosidad superficial

Influencia de la rugosidad superficial

104

0,4

0

0,8

1,2

105 106

cd

Re

35


Número de Jensen: Je = L/z0Número de Jensen: Je = L/z0

01000 2000 30000

0,5

1,0

1,5

cp

Je

cp

Túneles aerodinámicos para aplicaciones de aerodinámica civil

Túneles aerodinámicos para aplicaciones de aerodinámica civil

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Ensayos en túnel aerodinámicoEnsayos en túnel aerodinámico

Criterios de semejanzaCriterios de semejanza

Semejanza geométrica

Número de Mach (U/a)

Número de Reynolds (UL/)

Número de Jensen (L/z0)

¡IMPOSIBLE!

¡IMPOSIBLE!

37


Los valores de los parámetros de semejanza condicionan el diseño de las

instalaciones de ensayo

Los valores de los parámetros de semejanza condicionan el diseño de las

instalaciones de ensayo

Bloqueo de la cámara de ensayos (L2/A)

Potencia requerida (AU3)

Presión sobre las paredes de la cámara (U2)

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Túnel supersónicoTúnel supersónico

RequisitosRequisitos

Número de Mach (U/a) y número de Reynolds (UL/) altos velocidad U alta , problemas de interferencia con la paredes

Potencia (AU3) y cargas (U2) elevadas

Cámaras de ensayo (A) y modelos (L) pequeños

39


Túnel para aerodinámica civilTúnel para aerodinámica civil

RequisitosRequisitos

Régimen incompresible (U/a 0) y número de Reynolds (UL/) superior al valor

crítico velocidad U moderada

Potencia (AU3) y cargas (U2) pequeñas

Cámaras de ensayo (A) y modelos (L) grandes

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Túneles aerodinámicos Túneles aerodinámicos

0

1

10

100

0 340 680 1020 1360 1700 2040

U [m/s]

A 1/2 [m]EE.UU U.E.

Japón Cánada

41


Ensayos en Túnel A9


Torre de control del aeropuerto de Barcelona (1998)

Torre de control del aeropuerto de Barcelona (1998)

42


Perfil NACA 0012Perfil NACA 0012

43


NACA 0012, tomas de presiónNACA 0012, tomas de presión

44


Medida de coeficiente de presiónMedida de coeficiente de presión

45




Modelo S4Modelo S4

46




Modelo S5Modelo S5

47




Modelo de velaModelo de vela

48




TalgoTalgo

49




TalgoTalgo

50


Medida de presión: manómetroMedida de presión: manómetro

p = ghp = gh

h g

h

51


p1 p2= k = kVVp1 p2= k = kVV

Medida de presión: cápsula manométricaMedida de presión: cápsula manométrica

p1 p2

Membrana deformable () Extensímetro (V)

52


Tubo de PitotTubo de Pitot

2 20

1 1

2 2p U p U p

2 20

1 1

2 2p U p U p

p0 p

p

p0U

53


Medida de

velocidad

Medida de

velocidad

h

20

1

2p U p

20

1

2p U p

02 p pU

02 p pU

2U gh 2U gh

54


Medida de coeficiente de presiónMedida de coeficiente de presión

0

0 0

1p

p pp pc

p p p p

0

0 0

1p

p pp pc

p p p p

p

p0 p

212

p

p pc

U

21

2

p

p pc

U

55


Medida de fuerzasMedida de fuerzas

56




Modelo S5Modelo S5

1 ensayos en tÚnel aerodinÁmico josé meseguer idr/upm, e.t.s.i. aeronÁuticos

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