Estudio numérico sobre el campo de flujo acoplado rotor-edificio y su influencia en el rendimiento aerodinámico del rotor bajo una capa límite atmosférica
Autores: Liu, Yang; Shi, Yongjie; Aziz, Aqib; Xu, Guohua
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Estudio numérico sobre el campo de flujo acoplado rotor-edificio y su influencia en el rendimiento aerodinámico del rotor bajo una capa límite atmosférica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Entornos urbanos
Edificios
Rendimiento de vuelo de helicópteros
Rendimiento aerodinámico del rotor
Capa límite atmosférica
Interacción de vórtices de palas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
En entornos urbanos, los edificios crean condiciones turbulentas complejas, afectando el rendimiento de vuelo de los helicópteros durante las misiones y aumentando los riesgos de seguridad durante el despegue y el aterrizaje. Se lleva a cabo un estudio numérico sobre el campo de flujo acoplado rotor-edificio para abordar el rendimiento aerodinámico del rotor bajo interferencias de edificios en condiciones atmosféricas naturales. Se establece un modelo de capa límite atmosférica (ABL) de alta fidelidad descrito por una ley exponencial. La solución del campo de flujo acoplado se basa en las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS), con la rotación del rotor lograda a través del método de malla superpuesta. Basado en las características del viento dominante, el campo de flujo del edificio se distribuye en cuatro regiones, donde la corriente ascendente a lo largo del lado de viento en contra impacta el rotor, provocando un aumento del 76% en el momento de cabeceo. En el lado lateral del edificio, el despertar distorsionado del rotor se comprime hacia arriba en el disco del rotor, lo que lleva a una severa interacción de vórtice de pala (BVI). Durante el vuelo estacionario a baja altitud sobre los techos, la mezcla de vórtices desprendidos de los edificios con las estelas de flujo hacia adelante causa la formación de una región de circulación en el lado expuesto del rotor, resultando en una pérdida de empuje de aproximadamente el 7.8%. Mientras tanto, el entorno de flujo en el lado de sotavento de los edificios es más estable. Por lo tanto, se recomienda que los helicópteros adopten un enfoque de viento en contra durante las operaciones en techos. Sin embargo, se observa una pérdida del 11.4% en la figura de mérito promedio de vuelo estacionario debido a las pérdidas de empuje constantes causadas por la región de recirculación.
Descripción
En entornos urbanos, los edificios crean condiciones turbulentas complejas, afectando el rendimiento de vuelo de los helicópteros durante las misiones y aumentando los riesgos de seguridad durante el despegue y el aterrizaje. Se lleva a cabo un estudio numérico sobre el campo de flujo acoplado rotor-edificio para abordar el rendimiento aerodinámico del rotor bajo interferencias de edificios en condiciones atmosféricas naturales. Se establece un modelo de capa límite atmosférica (ABL) de alta fidelidad descrito por una ley exponencial. La solución del campo de flujo acoplado se basa en las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS), con la rotación del rotor lograda a través del método de malla superpuesta. Basado en las características del viento dominante, el campo de flujo del edificio se distribuye en cuatro regiones, donde la corriente ascendente a lo largo del lado de viento en contra impacta el rotor, provocando un aumento del 76% en el momento de cabeceo. En el lado lateral del edificio, el despertar distorsionado del rotor se comprime hacia arriba en el disco del rotor, lo que lleva a una severa interacción de vórtice de pala (BVI). Durante el vuelo estacionario a baja altitud sobre los techos, la mezcla de vórtices desprendidos de los edificios con las estelas de flujo hacia adelante causa la formación de una región de circulación en el lado expuesto del rotor, resultando en una pérdida de empuje de aproximadamente el 7.8%. Mientras tanto, el entorno de flujo en el lado de sotavento de los edificios es más estable. Por lo tanto, se recomienda que los helicópteros adopten un enfoque de viento en contra durante las operaciones en techos. Sin embargo, se observa una pérdida del 11.4% en la figura de mérito promedio de vuelo estacionario debido a las pérdidas de empuje constantes causadas por la región de recirculación.