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Coeficientes de Lift y Drag del Vórtice de Bisel Seccional de Samaras en Autorrotación

Autores: Jung, Byung Kwon; Rezgui, Djamel

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Coeficientes de Lift y Drag del Vórtice de Bisel Seccional de Samaras en Autorrotación


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Samaras
Modelos aerodinámicos
Coeficiente de sustentación
Coeficiente de arrastre
Vórtice de borde de ataque
Modelo de Elemento de Cuchilla-Momento

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 29

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Las samaras autorrotativas, como las semillas de sicómoro, son capaces de descender a velocidades excepcionalmente lentas y el secreto detrás de esta característica se atribuye a un mecanismo de flujo conocido como vórtice de borde de ataque (LEV). Se sabe que un LEV estable aumenta el coeficiente de sustentación máximo alcanzable a altos ángulos de ataque y estudios recientes sobre alas en rotación y aleteo han propuesto modelos adecuados de coeficientes de sustentación y resistencia para caracterizar las fuerzas aerodinámicas del LEV. Sin embargo, para la samara, se ha explorado poco para probar adecuadamente la idoneidad de estos modelos de coeficientes de sustentación y resistencia de bajo orden en la descripción de las fuerzas aerodinámicas producidas por la samara. Así, en este artículo, nuestro objetivo es analizar el uso de dos modelos aerodinámicos propuestos, a saber, el modelo y el modelo, en la descripción de la sustentación aerodinámica seccional de una samara que está produciendo un LEV. Además, buscamos cuantificar los parámetros aerodinámicos que pueden describir la sustentación y resistencia de la samara para una variedad de condiciones de velocidad del viento. Para lograr esto, el estudio examinó primero los datos de vuelo de la samara disponibles en la literatura, y a partir de ellos, se investigaron los perfiles de las curvas del coeficiente de sustentación. Posteriormente, se desarrolló y validó un modelo numérico de Elemento de Cuchilla-Momento (BEM) de la samara autorrotativa que abarca diferentes perfiles de sustentación, validándolo contra un conjunto completo de datos de vuelo de la samara, que fueron medidos en experimentos de túnel de viento realizados en la Universidad de Bristol para tres sicómoros diferentes. Los resultados indicaron que tanto los modelos de sustentación como el de resistencia pueden usarse para describir las características de sustentación bidimensional de una samara que exhibe un LEV. Sin embargo, el modelo parecía ser más adecuado, ya que se basaba en muchas suposiciones. Los resultados también revelaron que los parámetros de fuerza aerodinámica pueden variar con la velocidad del viento y con las características del ala de la samara, así como a lo largo de la envergadura del ala de la samara. Se predicen y presentan valores de la pendiente de la curva de sustentación, coeficiente de resistencia a cero sustentación y coeficiente de sustentación máxima para diferentes samaras. El estudio también mostró que el modelo BEM de bajo orden fue capaz de generar un buen acuerdo con las mediciones experimentales en la predicción tanto de la velocidad de rotación como del empuje. Tal modelo BEM validado puede ser utilizado para el diseño inicial de rotores bioinspirados para vehículos aéreos micro.

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