Estudio Experimental y Numérico de una Hélice de UAV Impresa en Resina Transparente
Autores: Chen, Mingtai; Wimsatt, Jacob; Liu, Tianming; Fang, Tiegang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Estudio Experimental y Numérico de una Hélice de UAV Impresa en Resina Transparente
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Investigación numérica
Hélice impresa en resina
Velocidades de rotación
Datos acústicos
Simulaciones computacionales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta una investigación experimental y numérica de una hélice impresa en resina de 254 mm que opera a velocidades de rotación entre 3000 y 9000 RPM. Se midieron el empuje y el par de la hélice utilizando una celda de carga de seis grados de libertad, mientras que los datos acústicos se capturaron con un micrófono situado a tres veces el diámetro de la hélice desde el centro. Para complementar el análisis experimental, se realizaron simulaciones computacionales utilizando ANSYS Fluent con el modelo de simulación de vórtices desprendidos (DES), el modelo de Ffowcs-Williams y Hawkings (FW-H) y un solucionador de flujo transitorio. Los resultados del índice de mérito (FM) muestran que la hélice de resina supera ligeramente a dos contrapartes comerciales con una diferencia marginal entre las hélices de madera y resina. Además, la hélice de resina demuestra un mejor rendimiento acústico, exhibiendo el menor ruido tonal primario, ruido de banda ancha y nivel de presión sonora total (OASPL), con diferencias mínimas entre las dos contrapartes comerciales. Las simulaciones de ANSYS Fluent predicen el empuje y el par dentro de un margen de error del 10%, mostrando resultados particularmente precisos para el ruido tonal primario. Se propone un nuevo índice de compensación para evaluar el equilibrio entre el rendimiento de la hélice y la aeroacústica, revelando tendencias distintas en comparación con métricas tradicionales. Además, se identifican fenómenos aerodinámicos como la separación de flujo en el borde de ataque cerca de la punta, la separación de flujo detrás del borde de salida medio y las interacciones de vórtices en la raíz como contribuyentes clave al ruido tonal y de banda ancha. Estos hallazgos proporcionan valiosos conocimientos sobre el diseño de hélices y la optimización aeroacústica.
Descripción
Este documento presenta una investigación experimental y numérica de una hélice impresa en resina de 254 mm que opera a velocidades de rotación entre 3000 y 9000 RPM. Se midieron el empuje y el par de la hélice utilizando una celda de carga de seis grados de libertad, mientras que los datos acústicos se capturaron con un micrófono situado a tres veces el diámetro de la hélice desde el centro. Para complementar el análisis experimental, se realizaron simulaciones computacionales utilizando ANSYS Fluent con el modelo de simulación de vórtices desprendidos (DES), el modelo de Ffowcs-Williams y Hawkings (FW-H) y un solucionador de flujo transitorio. Los resultados del índice de mérito (FM) muestran que la hélice de resina supera ligeramente a dos contrapartes comerciales con una diferencia marginal entre las hélices de madera y resina. Además, la hélice de resina demuestra un mejor rendimiento acústico, exhibiendo el menor ruido tonal primario, ruido de banda ancha y nivel de presión sonora total (OASPL), con diferencias mínimas entre las dos contrapartes comerciales. Las simulaciones de ANSYS Fluent predicen el empuje y el par dentro de un margen de error del 10%, mostrando resultados particularmente precisos para el ruido tonal primario. Se propone un nuevo índice de compensación para evaluar el equilibrio entre el rendimiento de la hélice y la aeroacústica, revelando tendencias distintas en comparación con métricas tradicionales. Además, se identifican fenómenos aerodinámicos como la separación de flujo en el borde de ataque cerca de la punta, la separación de flujo detrás del borde de salida medio y las interacciones de vórtices en la raíz como contribuyentes clave al ruido tonal y de banda ancha. Estos hallazgos proporcionan valiosos conocimientos sobre el diseño de hélices y la optimización aeroacústica.