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W E B A E R O / A e r o m o d e l i s m o

.... QUE FUERZA DE ELEVACIÓN TENDREMOS SOBRE EL ALA?

Todo lo que es necesario para crear la fuerza de elevación en el ala es insertarla en un flujo de aire. Cualquier cuerpo físico inmerso en el seno de un flujo de aire en movimiento experimentará una seria de fuerzas de elevación (positiva o negativa) en función de su forma. Hay muchos factores que determinan la fuerza de elevación sobre un objeto inmerso en una corriente de aire. Podemos agrupar estos factores en:

(a) los relacionados con el objeto.

(b) los relacionados con el movimiento del objeto a través del aire.

(c) los relacionados con el mismo aire.


Objeto: En la parte superior izquierda de la figura, la geometría de alas de avión tiene un gran efecto sobre la cantidad de fuerza de elevación generada. La forma aerodinámica y el tamaño del ala afectan a la cantidad de fuerza de elevación producida. El ratio entre la envergadura y el área del ala también afecta la cantidad de elevación generada por un ala.


Movimiento: Para generar la fuerza de elevación, tenemos que mover el objeto a través del aire. El fuerza de elevación dependerá de la velocidad del aire y de cómo el objeto se inclina respecto de la dirección la corriente.


Aire: La fuerza de elevación depende de las propiedades del aire, y así dependerá de una manera compleja su viscosidad y compresibilidad del aire.

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Podemos reunir toda esta información sobre los factores que afectan a la fuerza de elevación en una sola ecuación matemática llamada ecuación de elevación. Con la ecuación de elevación se puede predecir cómo será la fuerza de elevación que actuará en el ala en función de su forma, tamaño, su movimiento en el seno de la corriente de aire y las propiedades del aire.

La magnitud de la fuerza de elevación generada por un objeto depende de la cantidad del flujo está activado, el cual depende de la forma del objeto. En general, la magnitud de la fuerza de elevación es una función muy compleja. En general podemos establecer que cuanto mayor es el flujo de giro, mayor es la elevación generada por un perfil aerodinámico.

La siguiente figura muestra las líneas de flujo para dos perfiles aerodinámicos diferentes. La superficie de sustentación de la izquierda es una superficie de sustentación de perfil aerodinámico simétrico; las líneas de flujo por encima y por debajo de la línea central blanca son iguales. La superficie de sustentación de la derecha se curva cerca del borde de fuga. Las líneas amarillas en cada gráfico indican las líneas de corriente del flujo de izquierda a derecha. La imagen izquierda muestra no hay giro neto del flujo y por tanto no produce fuerza de elevación, la figura de la derecha muestra una gran cantidad de giro neto del fluido y genera una gran cantidad de fuerza de elevación. La parte frontal de ambos perfiles son casi idénticos. La parte final o parte de popa de la superficie de sustentación derecha crea la mayor de inflexión.

El ejemplo anterior explica por qué en la parte de popa de las alas se han articulado las superficies de control y maniobra de una aeronave.

Mediante la combinación de las SUPERFICIES DE CONTROL FIJAS con el movimiento de las SUPERFICIES DE CONTROL MÓVILES en la zona de popa de aquellas podemos controlar la fuerza de elevación sobre el ala, y así desviando la sección de popa hacia abajo produce una geometría similar a la figura de la derecha produciendo una mayor fuerza de elevación, y por contra, si la sección de popa es desviada hacia arriba, se crea menos fuerza de elevación (o incluso fuerza de elevación negativa).

Los siguientes cuadros muestran la deformación de las superficies de control fijas y móviles y el movimiento resultante de la aeronave:

Aqui teneis el programa en Java denominado FoilSim II 1.4beta (descargable en el apartado DOWNLOAD/Programas), donde podeis investigar como varía la cantidad de fuerza de elevación (Lift) generada sobre un perfil aerodinámico del ala determinado (específicamente la relación de la comba del ala (Cumber) como tanto por ciento de la longitud de la cuerda (Chord) del ala) en función de diferentes parámetros del flujo de aire en que se encuentra inmerso.

Para volver a las condiciones por defecto original, haga clic en el botón (Reset) Restablecer rojo en la mitad izquierda del programa. Si tiene alguna dificultad al utilizar los deslizadores para modificar las variables, simplementes haga clic fuera del control deslizante y luego volver a él. Si las flechas en el extremo de las barras de desplazamiento desaparecen, haga clic en las zonas donde las imágenes de flecha izquierda y derecha debe aparecer, y deben volver a aparecer.

DISTRIBUCIÓN EN PANTALLA

La pantalla del programa se divide en tres partes principales:

  1. En la parte superior de la pantalla se presentan dos ventanad de gráficos. La ventana de la izquierda es la ventana de vista en la que puede mostrar un dibujo de la superficie de sustentación del ala (perfil aerodinámico), o se está diseñando con el flujo de aire alrededor de la superficie de sustentación. La ventana de la derecha es la ventana de salida en el que puede mostrar un gráfico de las variables de flujo, un medidor de elevación, o una sonda para investigar el campo de flujo. Los detalles figuran en los gráficos.
  2. En el centro de la pantalla de la izquierda aparece el panel de control. Puede controlar el tipo de análisis y de las unidades utilizadas en la pantalla utilizando los botones de opción en blanco. Para operar un botón de opción, haga clic en la flecha a la derecha y haz la selección en el menú desplegable. Las entradas interactivas para el programa se muestran en el panel de entrada a la derecha del panel de control. Usted puede seleccionar el panel de entrada que se muestra mediante los botones de color azul y blanco en el centro del panel de control. Puedes seleccionar el tipo de salida gráfica utilizando los botones blanco y rojo en la parte derecha del panel de control. Los detalles de la entrada y salida de las variables se dan a continuación.
  3. En la parte inferior de la pantalla aparece una ventana grande de texto en el que se muestra la salida del programa. La salida puede ser impresa utilizando el comando Imprimir del explorador. Puede guardar la geometría de la superficie de sustentación y las variables de flujo de la superficie presionando el botón Guardar Geom en el panel de control. Puede guardar las condiciones de flujo, y calcular los parámetros pulsando el botón Guardar los datos en el panel de control.

GRÁFICOS

Hay dos gráficos principales mostrados. La parte superior izquierda es la ventana de Vista (View) de la superficie de sustentación (perfil aerodinámico) y campo de flujo y en la parte superior derecha es el argumento de salida de las variables de flujo.

Puedes seleccionar el tipo de esquema que se muestra en la ventana de vista (View) utilizando los botones situados alrededor de la ventana de gráficos. Las opciones posibles son de color azul, mientras que la opción seleccionada es de color amarillo.

  1. Edge muestra el ala como se ve mirando a lo largo del borde de ataque. La sección transversal se presenta como un perfil aerodinámico o un círculo con el flujo que va de izquierda a derecha. Puede mover la imagen en la ventana moviendo el cursor en la ventana, mantenga pulsado el botón izquierdo del ratón y arrastra la superficie de sustentación a una nueva ubicación. Puedes hacer también "Zoom" en cerca de la superficie de sustentación mediante el deslizador verde de la derecha de la ventana. Si te pierdes, pulsando en la roja Buscar (Find) botón devuelve a la superficie de sustentación a la posición inicial.
  2. Top muestra el ala como se ve desde arriba hacia abajo en la forma en planta. El flujo es de abajo hacia arriba. Desde FoilSim sólo resuelve para los dos últimos objetos de flujo unidimensional, no verá ningún flujo en esta vista. Se proporciona sólo para mostrar la geometría de la superficie del ala.
  3. Side - 3D muestra una proyección ortográfica del ala de las tres dimensiones.
  4. Moving muestra las partículas en movimiento que fluyen más allá de la superficie de sustentación. Las partículas se dibujan como una línea "huellas". La inclinación de la huella está en el ángulo de flujo local, y la mayor parte izquierda de la traza es la ubicación de las partículas. Las partículas están siendo liberados periódicamente desde una ubicación streamwise constante aguas arriba de la distancia streamwise airfoil. La distancia entre dos partículas es proporcional a la velocidad local.
  5. Frozen es una instantánea de las partículas en movimiento. En esta vista, puede cambiar el punto de lanzamiento streamwise de las partículas al mover el cursor en la ventana de la vista, manteniendo pulsado el botón izquierdo del ratón y arrastrar las partículas hacia la izquierda o la derecha. En esta perspectiva, las partículas están codificados por color en el momento en que son liberados. Todas las partículas de color amarillo fueron puestos en libertad en el lugar streamwise mismo, al mismo tiempo.
  6. Streamlines o Líneas de corriente son las colecciones de las trazas de las partículas para formar una línea de flujo de sólidos.
  7. Geometry muestra la geometría de la superficie de sustentación del ala, con algunas etiquetas descriptivas, pero con ningún campo de flujo.
Puedes seleccionar el tipo de gráfica que se muestra en la ventana de salida (Output) usando los botones blanco y rojo en el panel de control. Si selecciona "Output Plots", un grupo de botones aparecerá en la ventana de salida. Al hacer clic en el botón apropiado proporcionará un tipo de datos de salida en la ventana de salida. Los tipos de datos de salida disponibles se enumeran a continuación.
  1. El gráfico de salida por defecto es Surface Pressure o presión superficial. La línea amarilla será el gráfico de la presión a lo largo de la superficie inferior del ala, y la línea blanca será el gráfico de la presión a lo largo de la superficie superior del ala. Para referencia, la línea verde muestra el valor de la presión de flujo libre o presión resultante.
  2. También puedes mostrar la Surface Velocity o velocidad de superficie. Al igual que con la presión, la línea amarilla será el gráfico de la velocidad a lo largo de la superficie inferior del ala, y la línea blanca será el gráfico de la velocidad a lo largo de la superficie superior del ala.
  3. Las opciones restantes muestran gráficos de salida para la fuerza de elevación (Lift) o el coeficiente de fuerza de elevación (Lift Coefficient -Cl) frente a cada una de las variables de entrada. Si muestras un gráfico de salida y empiezas a cambiar las variables de entrada, puede ser necesario reescalar los ejes de trama del gráfico pulsando el botón blanco de reescalar (Rescale) la parte superior derecha de la ventana. Para estas condiciones, el valor actual de las condiciones de flujo se muestra como un punto rojo en la parcela.
  4. The Lift Meter shows the current value of lift (or lift coefficient) displayed in scientific notation. The meter moves as the lift is varied. El medidor de la fuerza de elevación o Lift Metermuestra el valor actual de la fuerza de elevación (o coeficiente de sustentación) que se muestra en notación científica.
  5. La sonda o Probe te permite explorar el flujo de aire alrededor del ala. De forma predeterminada, la sonda se apaga. Gire a la sonda por pulsar uno de los botones blanco en el panel de la sonda. La investigación aparecerá en la ventana de visualización. Se cambia la ubicación de la sonda usando los deslizadores hacia la izquierda y por debajo del indicador. El valor de la presión o la velocidad a la ubicación de la punta de la sonda (bola de color magenta en la ventana de la vista) se muestra en el medidor. O una pista verde de "humo" es arrastrado por la corriente de la ubicación de la sonda. Gire a la sonda fuera mediante el botón rojo situado sobre el medidor.

VARIABLES DE ENTRADA

Las variables de entrada se encuentran en los paneles de entrada que se muestran debajo de la ventana de resultados. Puedes seleccionar la entrada para mostrar mediante los botones de color azul en el panel de control. Puedes elegir para variar la forma, el tamaño, o realizar una prueba de vuelo. Para cambiar el valor de una variable de entrada, sólo tienes que mover el control deslizante. O hacer clic en el cuadro de entrada, seleccionar y reemplazar el valor antiguo, y pulsar Enter para enviar el nuevo valor para el programa. Por convenio, las cajas de entrada tienen un fondo blanco y números negro, mientras que las cajas de salida tienen un fondo negro y los números verdes.

  1. Si elejimos Ensayos en Vuelo o Flight Test (la opción predeterminada), puedes cambiar el valor de la elevación, variando la velocidad o la altitud. Puedes realizar la vuelo de prueba de ala sobre la Tierra (por defecto), en Marte, o en el agua con el botón opción en la parte superior derecha. También puedes optar por especificar tus propios valores de temperatura y presión del aire, o para especificar su propio fluido, proporcionando un valor de la densidad del fluido.
  2. Si eliges la forma o Shape, puedes seleccionar una forma aerodinámica clásica, una elipse, o una fina sección transversal de la placa con el botón de opción. Puedes cambiar el camber, el grosor, o el ángulo de ataque de la sección transversal.
  3. If you choose Size, you can vary the layout of the wing. You can change the chord, span, or the wing area. If you have selected a cylinder or ball shape, this input panel is not used. Si eliges tamaño o Size , puedes variar el diseño de las alas. Puedes cambiar la cuerda, la anchura, o el área del ala.

VARIABLES DE SALIDA

La salida interactiva del programa se muestra en las casillas de salida. Por convenio, las cajas de salida tienen un fondo negro y los números verdes. Puedes elegir mostrar la fuerza de elevación (Lift) o el coeficiente de sustentación (lift coefficient) con el botón de opción en el panel de control. El valor se muestra en el cuadro de salida a la derecha del botón de opción. La fuerza de elevación puede expresarse en unidades métricas o Inglesas (libras o newtons). En el panel de entrada de pruebas de vuelo es un grupo de cajas de salida que dan las condiciones atmosféricas del aire. La presión, temperatura y densidad cambiará dependiendo de la altitud y los aportes del planeta. En el panel de entrada Tamaño de la relación de aspecto geométrico o aspect ratio de la derecha se muestra. La relación de aspecto se define como el cuadrado de la duración dividida por el área del ala y se incluye aquí para los cálculos posteriores de la resistencia del ala.

 

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