Interacción Fluido-Estructura de Alas Simétricas y con Curvatura Montadas en Resortes Usando Diversas Cargas Previas de Resortes y Ubicaciones de Puntos de Pivotaje
Autores: Knight, Jason; Fels, Simon; Beazley, Benjamin; Haritos, George; Lewis, Andrew
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Interacción Fluido-Estructura de Alas Simétricas y con Curvatura Montadas en Resortes Usando Diversas Cargas Previas de Resortes y Ubicaciones de Puntos de Pivotaje
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Interacción fluido-estructura
Comportamiento aerodinámico
Fallo estructural
Reducción de arrastre
Mantenimiento de carga aerodinámica
Experimentos en túnel de viento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 37
Citaciones: Sin citaciones
Se presenta la interacción fluido-estructura de un ala rígida oscilante conectada a un resorte y sometida a un flujo de aire en un túnel de viento. Las interacciones fluido-estructura pueden, por un lado, llevar a un comportamiento aerodinámico indeseable o, en casos extremos, a fallos estructurales. Por otro lado, se puede lograr un mejor rendimiento aerodinámico si se proporciona una aplicación controlada dentro de ciertos límites. Una aplicación es la reducción de la resistencia de los vehículos en carretera a velocidades más altas en línea recta, mientras se mantiene la carga aerodinámica a velocidades más bajas durante las curvas. Por el contrario, otra aplicación se refiere al aumento de la carga aerodinámica a velocidades de viento más altas, mejorando la estabilidad del vehículo. En nuestros experimentos en el túnel de viento, el ángulo de incidencia del ala montada sobre el resorte se aumenta o disminuye dependiendo de la ubicación del punto de pivote y del par del resorte. Partiendo de un ángulo inicial especificado, las fuerzas aerodinámicas superan una precarga de resorte preestablecida a medida que se incrementa la velocidad del flujo de aire. Se consideran números de Reynolds en un rango de Re = 3 x 10 hasta Re = 1.37 x 10. Se prueban en el túnel de viento la aplicación de un perfil simétrico NACA 0012 y un perfil camberado NACA 6412 y se comparan. Para ambos perfiles montados delante del centro aerodinámico, se lograron resultados estables para ángulos superiores a 15 y por debajo de 12 grados para el perfil simétrico, y superiores a 25 y entre 10 y -2 grados para el perfil camberado. Se observaron movimientos inestables alrededor de la región de pérdida para ambos perfiles con todas las configuraciones de par del resorte y también por debajo de -2 grados para el perfil camberado. También se encontraron resultados estables fuera de la región de pérdida cuando ambos perfiles se montaron detrás del centro aerodinámico, aunque los rangos de velocidad eran mucho más pequeños y altamente dependientes de la ubicación del punto de pivote. Se informa un análisis sobre cómo el cambio en las configuraciones de par del resorte en cada ubicación del punto de pivote afecta el rendimiento. Luego se presentan las diferencias en el rendimiento entre los perfiles simétricos y camberados. Finalmente, se llevó a cabo una evaluación de los efectos de los sistemas con conclusiones, mejoras futuras y aplicaciones potenciales.
Descripción
Se presenta la interacción fluido-estructura de un ala rígida oscilante conectada a un resorte y sometida a un flujo de aire en un túnel de viento. Las interacciones fluido-estructura pueden, por un lado, llevar a un comportamiento aerodinámico indeseable o, en casos extremos, a fallos estructurales. Por otro lado, se puede lograr un mejor rendimiento aerodinámico si se proporciona una aplicación controlada dentro de ciertos límites. Una aplicación es la reducción de la resistencia de los vehículos en carretera a velocidades más altas en línea recta, mientras se mantiene la carga aerodinámica a velocidades más bajas durante las curvas. Por el contrario, otra aplicación se refiere al aumento de la carga aerodinámica a velocidades de viento más altas, mejorando la estabilidad del vehículo. En nuestros experimentos en el túnel de viento, el ángulo de incidencia del ala montada sobre el resorte se aumenta o disminuye dependiendo de la ubicación del punto de pivote y del par del resorte. Partiendo de un ángulo inicial especificado, las fuerzas aerodinámicas superan una precarga de resorte preestablecida a medida que se incrementa la velocidad del flujo de aire. Se consideran números de Reynolds en un rango de Re = 3 x 10 hasta Re = 1.37 x 10. Se prueban en el túnel de viento la aplicación de un perfil simétrico NACA 0012 y un perfil camberado NACA 6412 y se comparan. Para ambos perfiles montados delante del centro aerodinámico, se lograron resultados estables para ángulos superiores a 15 y por debajo de 12 grados para el perfil simétrico, y superiores a 25 y entre 10 y -2 grados para el perfil camberado. Se observaron movimientos inestables alrededor de la región de pérdida para ambos perfiles con todas las configuraciones de par del resorte y también por debajo de -2 grados para el perfil camberado. También se encontraron resultados estables fuera de la región de pérdida cuando ambos perfiles se montaron detrás del centro aerodinámico, aunque los rangos de velocidad eran mucho más pequeños y altamente dependientes de la ubicación del punto de pivote. Se informa un análisis sobre cómo el cambio en las configuraciones de par del resorte en cada ubicación del punto de pivote afecta el rendimiento. Luego se presentan las diferencias en el rendimiento entre los perfiles simétricos y camberados. Finalmente, se llevó a cabo una evaluación de los efectos de los sistemas con conclusiones, mejoras futuras y aplicaciones potenciales.