Predicción de la transferencia de calor en el rotor utilizando la teoría de momento de elemento de hoja viscosa y el método de red de vórtices no estacionarios
Autores: Samad, Abdallah; Tagawa, Gitsuzo B. S.; Morency, François; Volat, Christophe
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Predicción de la transferencia de calor en el rotor utilizando la teoría de momento de elemento de hoja viscosa y el método de red de vórtices no estacionarios
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Transferencia de calor por convección
Palas de helicóptero
Acumulación de hielo
Sistemas de protección contra hielo
Dinámica de Fluidos Computacional
Palas del rotor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Calcular la transferencia de calor convectiva no estacionaria en las palas de los helicópteros es el primer paso en la predicción de la acumulación de hielo y el diseño de sistemas de protección contra el hielo. Las simulaciones utilizando Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) modelan con éxito la compleja aerodinámica de los rotores, así como la transferencia de calor en las superficies de las palas, pero para un diseño conceptual, pueden ser favorables métodos de cálculo más rápidos. En la literatura reciente, se utilizaron métodos clásicos como la teoría del momento del elemento de pala (BEMT) y el método de red de vórtices no estacionarios (UVLM) para producir resultados aerodinámicos de mayor fidelidad al acoplarlos a bases de datos CFD viscosas. La novedad de esta investigación proviene de la introducción de una capa adicional de la técnica de acoplamiento para predecir la transferencia de calor en las palas del rotor utilizando BEMT y UVLM. El nuevo enfoque implementa el acoplamiento viscoso de los dos métodos por un lado e introduce un enlace a una nueva correlación de transferencia de calor determinada por CFD para perfiles aerodinámicos. De esta manera, se estima la transferencia de calor convectiva en palas de rotor limpias de hielo, beneficiándose de la extensión viscosa de BEMT y UVLM. La predicción de transferencia de calor por CFD se verifica utilizando correlaciones existentes para un caso de prueba de placa plana. Las predicciones de empuje por el UVLM y BEMT implementados coinciden dentro del 2% y el 80% en comparación con los datos experimentales. Las ubicaciones de los vórtices de punta por el UVLM se predicen dentro del 90%, pero fallan en el efecto de suelo extremo. Los resultados finales se presentan como una estimación de la transferencia de calor para un típico rotor de cola de helicóptero ligero en cuatro casos de prueba: en vuelo estacionario, efecto de suelo, axial y vuelo hacia adelante.
Descripción
Calcular la transferencia de calor convectiva no estacionaria en las palas de los helicópteros es el primer paso en la predicción de la acumulación de hielo y el diseño de sistemas de protección contra el hielo. Las simulaciones utilizando Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) modelan con éxito la compleja aerodinámica de los rotores, así como la transferencia de calor en las superficies de las palas, pero para un diseño conceptual, pueden ser favorables métodos de cálculo más rápidos. En la literatura reciente, se utilizaron métodos clásicos como la teoría del momento del elemento de pala (BEMT) y el método de red de vórtices no estacionarios (UVLM) para producir resultados aerodinámicos de mayor fidelidad al acoplarlos a bases de datos CFD viscosas. La novedad de esta investigación proviene de la introducción de una capa adicional de la técnica de acoplamiento para predecir la transferencia de calor en las palas del rotor utilizando BEMT y UVLM. El nuevo enfoque implementa el acoplamiento viscoso de los dos métodos por un lado e introduce un enlace a una nueva correlación de transferencia de calor determinada por CFD para perfiles aerodinámicos. De esta manera, se estima la transferencia de calor convectiva en palas de rotor limpias de hielo, beneficiándose de la extensión viscosa de BEMT y UVLM. La predicción de transferencia de calor por CFD se verifica utilizando correlaciones existentes para un caso de prueba de placa plana. Las predicciones de empuje por el UVLM y BEMT implementados coinciden dentro del 2% y el 80% en comparación con los datos experimentales. Las ubicaciones de los vórtices de punta por el UVLM se predicen dentro del 90%, pero fallan en el efecto de suelo extremo. Los resultados finales se presentan como una estimación de la transferencia de calor para un típico rotor de cola de helicóptero ligero en cuatro casos de prueba: en vuelo estacionario, efecto de suelo, axial y vuelo hacia adelante.