Análisis multifidelidad de una hélice sola: aumento de entropía utilizando dinámica de vorticidad y disipasión de energía cinética
Autores: Siddappaji, Kiran; Turner, Mark
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Análisis multifidelidad de una hélice sola: aumento de entropía utilizando dinámica de vorticidad y disipasión de energía cinética
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Hélices
Aviación eléctrica
Diseño
Análisis
Teoría del momento de elemento de pala
Entropía
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Las hélices para la aviación eléctrica se utilizan en aplicaciones de rotor único y multirotor. Un análisis multifidelidad con un tiempo de ciclo reducido es crucial para explorar varios diseños para la minimización de energía y la maximización del alcance. Se ha desarrollado una herramienta de diseño de baja fidelidad, py_BEM, para el diseño y análisis de una hélice de dos palas de ingeniería inversa utilizando la teoría de momento de elemento de pala con mejoras físicas que incluyen el efecto del número de Reynolds local, la rotación de la capa límite, el polar del perfil aerodinámico a grandes ángulos de ataque y el retraso en la pérdida de sustentación. Las propiedades a lo largo de la envergadura de py_BEM se convierten en geometría de pala 3D utilizando T-Blade3. Se utilizan los polares de los perfiles aerodinámicos S809 y NACA, obtenidos mediante XFOIL. Se analizan la sustentación, la resistencia, las pérdidas de rendimiento, el análisis del vórtice, la comparación de CFD 3D en estado estacionario con la herramienta de baja fidelidad, la disipación de energía cinética, la entropía y la exergía a través de la irreversibilidad. La comparación de empuje y par a lo largo de la envergadura entre baja y alta fidelidad revela el efecto de la rotación de la pala sobre el polar. La dinámica de vorticidad y los métodos de flujo de vorticidad en la frontera describen el inicio de la separación del flujo y el aumento de entropía. Se tienen en cuenta varios componentes de resistencia y pérdida. Se demuestra cualitativamente el aumento de entropía en la capa límite y la propagación y mezcla aguas abajo con el flujo libre. La irreversibilidad se tiene en cuenta aguas abajo del rotor utilizando el enfoque de la segunda ley para entender la calidad de la energía disponible. Las métricas de rendimiento están dentro de un error del 5% para ambas fidelidades.
Descripción
Las hélices para la aviación eléctrica se utilizan en aplicaciones de rotor único y multirotor. Un análisis multifidelidad con un tiempo de ciclo reducido es crucial para explorar varios diseños para la minimización de energía y la maximización del alcance. Se ha desarrollado una herramienta de diseño de baja fidelidad, py_BEM, para el diseño y análisis de una hélice de dos palas de ingeniería inversa utilizando la teoría de momento de elemento de pala con mejoras físicas que incluyen el efecto del número de Reynolds local, la rotación de la capa límite, el polar del perfil aerodinámico a grandes ángulos de ataque y el retraso en la pérdida de sustentación. Las propiedades a lo largo de la envergadura de py_BEM se convierten en geometría de pala 3D utilizando T-Blade3. Se utilizan los polares de los perfiles aerodinámicos S809 y NACA, obtenidos mediante XFOIL. Se analizan la sustentación, la resistencia, las pérdidas de rendimiento, el análisis del vórtice, la comparación de CFD 3D en estado estacionario con la herramienta de baja fidelidad, la disipación de energía cinética, la entropía y la exergía a través de la irreversibilidad. La comparación de empuje y par a lo largo de la envergadura entre baja y alta fidelidad revela el efecto de la rotación de la pala sobre el polar. La dinámica de vorticidad y los métodos de flujo de vorticidad en la frontera describen el inicio de la separación del flujo y el aumento de entropía. Se tienen en cuenta varios componentes de resistencia y pérdida. Se demuestra cualitativamente el aumento de entropía en la capa límite y la propagación y mezcla aguas abajo con el flujo libre. La irreversibilidad se tiene en cuenta aguas abajo del rotor utilizando el enfoque de la segunda ley para entender la calidad de la energía disponible. Las métricas de rendimiento están dentro de un error del 5% para ambas fidelidades.