Forzado Armónico por Distorsión en una Capa Límite que Ingiere un Ventilador
Autores: Mårtensson, Hans
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Forzado Armónico por Distorsión en una Capa Límite que Ingiere un Ventilador
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Ventilador
Ingestión de capa límite
Eficiencia de propulsión
Carga aerodinámica
Dinámica de fluidos computacional
Forzado armónico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
Integrar un ventilador con una configuración de ingestión de capa límite (BLI) en el fuselaje de una aeronave puede mejorar la eficiencia de propulsión al utilizar el flujo de aire de menor momento en la capa límite desarrollada debido a la resistencia superficial del fuselaje. Como consecuencia, las variaciones de velocidad y presión total distorsionan el campo de flujo que entra en el ventilador en ambas direcciones, circunferencial y radial. Tales variaciones pueden afectar negativamente la aerodinámica del ventilador y dar lugar a problemas de vibración. Una configuración de ventilador que se beneficie de BLI necesita permitir la distorsión sin grandes penalizaciones. Se utiliza dinámica de fluidos computacional (CFD) no estacionaria de todo el anillo con todas las palas y álabes para evaluar los efectos sobre la carga aerodinámica y la excitación en un ventilador diseñado para ser montado en un fuselaje trasero adaptado de un avión Fokker 100, es decir, un propulsor de cono de cola. El patrón de distorsión utilizado como condición de contorno en el ventilador se toma de un análisis CFD de toda la aeronave con un modelo simplificado del ventilador instalado. Se realizan simulaciones detalladas del ventilador para comprender mejor la relación entre la distorsión ingerida y la excitación armónica. Los resultados sugieren que el espectro de excitación armónica normalizado está principalmente correlacionado con la variación circunferencial de la presión total de entrada. En este estudio, las fuerzas armónicas evaluadas se correlacionan con la variación de presión total en la entrada para los primeros 12 órdenes del motor, con algunas excepciones donde la respuesta es muy baja. En armónicos más altos, el contenido de distorsión así como la respuesta se vuelven muy bajos, con amplitudes en el orden de magnitud inferiores a las perturbaciones principales. El cambio en la excitación armónica resultante de elevar la línea de trabajo, aumentando así la incidencia en el rotor del ventilador, incrementa moderadamente la excitación. La distorsión se transfiere a través del ventilador, resultando en una carga aerodinámica no simétrica del ángulo guía de salida (OGV) que tiene un efecto claro en la aerodinámica. La carga aerodinámica promedio en el tiempo y también la excitación armónica del OGV varían fuertemente alrededor de la circunferencia. En particular, este es el caso de algunos de los álabes a mayor presión de retroceso, probablemente debido a una interacción con separaciones que comienzan a ocurrir en álabes que operan en condiciones desfavorables.
Descripción
Integrar un ventilador con una configuración de ingestión de capa límite (BLI) en el fuselaje de una aeronave puede mejorar la eficiencia de propulsión al utilizar el flujo de aire de menor momento en la capa límite desarrollada debido a la resistencia superficial del fuselaje. Como consecuencia, las variaciones de velocidad y presión total distorsionan el campo de flujo que entra en el ventilador en ambas direcciones, circunferencial y radial. Tales variaciones pueden afectar negativamente la aerodinámica del ventilador y dar lugar a problemas de vibración. Una configuración de ventilador que se beneficie de BLI necesita permitir la distorsión sin grandes penalizaciones. Se utiliza dinámica de fluidos computacional (CFD) no estacionaria de todo el anillo con todas las palas y álabes para evaluar los efectos sobre la carga aerodinámica y la excitación en un ventilador diseñado para ser montado en un fuselaje trasero adaptado de un avión Fokker 100, es decir, un propulsor de cono de cola. El patrón de distorsión utilizado como condición de contorno en el ventilador se toma de un análisis CFD de toda la aeronave con un modelo simplificado del ventilador instalado. Se realizan simulaciones detalladas del ventilador para comprender mejor la relación entre la distorsión ingerida y la excitación armónica. Los resultados sugieren que el espectro de excitación armónica normalizado está principalmente correlacionado con la variación circunferencial de la presión total de entrada. En este estudio, las fuerzas armónicas evaluadas se correlacionan con la variación de presión total en la entrada para los primeros 12 órdenes del motor, con algunas excepciones donde la respuesta es muy baja. En armónicos más altos, el contenido de distorsión así como la respuesta se vuelven muy bajos, con amplitudes en el orden de magnitud inferiores a las perturbaciones principales. El cambio en la excitación armónica resultante de elevar la línea de trabajo, aumentando así la incidencia en el rotor del ventilador, incrementa moderadamente la excitación. La distorsión se transfiere a través del ventilador, resultando en una carga aerodinámica no simétrica del ángulo guía de salida (OGV) que tiene un efecto claro en la aerodinámica. La carga aerodinámica promedio en el tiempo y también la excitación armónica del OGV varían fuertemente alrededor de la circunferencia. En particular, este es el caso de algunos de los álabes a mayor presión de retroceso, probablemente debido a una interacción con separaciones que comienzan a ocurrir en álabes que operan en condiciones desfavorables.