Comportamiento Airodinamico

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECÁNICA
AREA DE TERMOFLUIDOS

GUIA DE LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS

COMPORTAMIENTO AERODINAMICO DE CUERPOS FUSELADOS Y PERFILES ALARES (C207)
Autores: Profs. Arturo Velásquez S. Claudio Velásquez S.

Asignatura

:

Laboratorio General I. (15028) Ingeniería Civil Mecánica. Termofluidos.

Carrera Area Académica

: :STGO. 2006.-

INDICE
1. 2. 3. Título………………………………………………………………………………2 Objetivos del experimento………………………………………………………2 Bases conceptuales……………………………………………………………..2 3.1. 3.2. 4. Arrastre sobre cuerpos sumergidos..………………………………….2 Fuerza de sustentación………………………………………………..11

Desarrollo experimental……………………………………………………….18 4.1. 4.2. Flujo sobre cuerpos sumergidos……………………………………..18 Flujo sobreperfiles aerodinámicos….…………………………….....21

5.

Procesamiento de datos…………………………………………………..…..25 5.1. 5.2. Arrastre sobre cuerpos sumergidos………...……………………..…25 Arrastre y sustentación sobre perfiles aerodinámicos………...…...26

6.

Análisis de resultados………………………………………………………….28 6.1. 6.2. 6.3. Arrastre sobre cuerpos sumergidos………………………………….28 Arrastre y sustentación sobre perfilesaerodinámicos………...…...28 Comentarios y conclusiones………………………………………….28

7.-

Referencias……………………………………………………………………..28

2

1.

COMPORTAMIENTO AERODINAMICO FUSELADOS Y PERFILES ALARES OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO

DE

CUERPOS

2.
2.1.

Familiarizar al estudiante con el lenguaje técnico usado en el quehacer de la aerodinámica. Conocer la técnica para medir coeficientes de resistenciaaerodinámica sobre cuerpos sometidos a una corriente de fluido. Medir coeficientes aerodinámicos en perfiles alares. Estudiar el comportamiento aerodinámico de perfiles alares y la acción de elementos complementarios como el alerón de fuga (flap), alerón de ataque (slat), winglet y spoiler, entre otros. Estudiar el efecto que tiene la geometría y la aspereza superficial de los cuerpos fuselados en relaciónal comportamiento de la capa límite hidrodinámica y su posterior efecto en la resistencia aerodinámica y sustentación.

2.2.

2.3. 2.4.

2.5.

3.
3.1.

BASES CONCEPTUALES
ARRASTRE SOBRE CUERPOS SUMERGIDOS La relación empírica que permite conocer el esfuerzo de arrastre sobre un cuerpo sumergido expuesto a una corriente de fluido, es: D = CD ρ A donde: D CD ρ A Uo = = = = = fuerza dearrastre (Drag). coeficiente de arrastre (determinado experimentalmente). densidad del fluido. área frontal del cuerpo perpendicular a la corriente U0. velocidad de la corriente libre.
2 Uo 2

[1]

3 La mecánica de flujo sobre un cilindro o esfera se muestra en el siguiente dibujo.

Según el análisis dimensional y semejanza, el coeficiente de resistencia para una geometría dada en flujoestacionario es función de los siguientes parámetros adimensionales. CD = CD (α, ε/d, Re, M, W, F) donde: α ε/d Re M = = = = Angulo de ataque. Aspereza relativa de la superficie del cuerpo. Uo x Número de Reynolds = [2]

ν

Número de Mach

=

Uo k R To
2 ρ Uo x σ

W F

= =

Número de Weber Número de Froude

= =

Uo gx

en que x k = = Longitud característica. Cp / Cv = constanteadiabática de un gas.

To Uo
σ

= = =

Temperatura de la corriente libre. Velocidad de la corriente libre. Tensión superficial.

4 La experiencia muestra que las cantidades relevantes que afectan al coeficiente de arrastre se pueden reducir a
CD = CD ⎛ ε ⎞ ⎜ α , d , Re , M ⎟ ⎝ ⎠ [3]

En general, cuando M < 0.3 se asume que el flujo es incompresible, de modo que: ⎛ ε ⎞ CD = CD ⎜ α , ,Re ⎟ [4] ⎝ d ⎠

La representación grafica experimental de esta expresión para una esfera es la siguiente

La fuerza total que soporta un cuerpo sometido a una corriente de fluido es:
r F ˆ = − ∫ P dA n + t ∫ τ dA ˆ

[5]

ˆ n
ˆ t

5 Para el caso en que sólo interesa el arrastre en la dirección de la corriente libre, se tiene D = D parásita + D inducida

D Dp

= =

Dp + Di...