Estudio aerodinámico experimental en flujo turbulento de bajo Reynolds sobre alas con movimiento de cabeceo

Abstract

Desde los principios de la historia de la aviación, el hombre intenta imitar a las aves para poder volar. En las últimas décadas, con el diseño y avances en micro vehículos aéreos, producto de sus bajas velocidades de desplazamiento, se investiga la aplicación de sistemas de alas batientes. En este marco, se vienen desarrollando distintas investigaciones para poder comprender la aerodinámica de estos sistemas, dividiendo los movimientos en tres movimientos principales (aleteo, cabeceo y deslizamiento). En particular, el movimiento de cabeceo es de gran estudio por su relación con el fenómeno de pérdida dinámica, el cual está presente principalmente en palas de helicópteros y de aerogeneradores, el cual produce un retraso en la entrada en pérdida, y un incremento en la fuerza de sustentación generada, respecto a un incremento cuasi-estático en el ángulo de ataque. Si bien este efecto es conocido, es muy escaza la información respecto al efecto de la turbulencia en estas condiciones no estacionarias. Bajo estas condiciones se plantearon ensayos experimentales en túnel de viento de dos modelos alares (placa plana y perfil SD8020), para la medición de carga aerodinámica y el campo de presiones en la estela del modelo alar. En primera instancia se realizaron mediciones con anemometría de hilo caliente para la determinación de las características de la corriente libre en el túnel de viento, y mediante la aplicación de una grilla turbuladora se modificaron las características turbulentas, generando un aumento en la intensidad de turbulencia y un decrecimiento de la escala integral espacial. Del análisis de resultados, se pudieron encontrar diferencias en la carga aerodinámica desarrollada por cada modelo alar en función de las características de la corriente libre, tanto para condiciones estáticas como con movimiento de cabeceo a distintas frecuencias reducidas entre 0,015 y 0,06. La influencia de la turbulencia en las cargas aerodinámicas es altamente dependiente de la geometría del modelo ensayado, principalmente de su borde de ataque y borde de fuga, en concordancia con resultados de otros autores para condiciones de flujo laminar en condiciones estáticas. La influencia de la turbulencia en las cargas aerodinámicas muestra un comportamiento similar en condiciones estáticas como dinámicas, generando modificaciones del 10% o más en el coeficiente de sustentación. A su vez, se realizaron mediciones en la estela con rack de presiones, para los casos estudiados. Los resultados muestran un efecto de la turbulencia en las estructuras vorticosas desprendidas por el modelo alar en condiciones dinámicas. Específicamente, el aumento de la intensidad de turbulencia produce una estela más homogénea, con estructuras coherentes de menor intensidad energética, y nuevamente, estos efectos son dependientes de la geometría del perfil utilizado.