Sistema electro-óptico para la medida de los coeficientes aerodinámicos de objetos esféricos en movimiento

Abstract

La medida de parámetros dinámicos de objetos en movimiento es importante en diversas actividades tales como el entrenamiento de deportes, la balística o la aeronáutica. Los parámetros básicos requeridos en estas aplicaciones son la velocidad, la trayectoria y la velocidad de rotación. Esta última es importante puesto que algunos de los principales efectos aerodinámicos que se producen dependen de su existencia. Para la medida de estos parámetros se usan técnicas muy diferentes. Los coeficientes aerodinámicos suelen obtenerse con la ayuda de túneles de viento para medir las fuerzas que aparecen sobre el objeto mientras que la velocidad y la rotación son obtenidos principalmente mediante técnicas basadas en el procesado de la imagen. El uso de túneles de viento suele ser complicado y costoso mientras que las técnicas de procesado de imagen, si bien proporcionan buenos resultados en las medidas, presentan una serie de inconvenientes y condiciones de uso que limitan su aplicación. Además, si bien la medida de la velocidad de rotación es interesante debido a que este parámetro es el causante de una serie de efectos aerodinámicos que modifican la trayectoria, son los coeficientes aerodinámicos los que realmente permiten reconstruir toda la trayectoria del objeto. El objetivo del presente trabajo es el desarrollo y la construcción de un dispositivo que permita la determinación de los coeficientes aerodinámicos de objetos esféricos en movimiento mediante un procedimiento alternativo al tratamiento de imagen o uso de túneles de viento. Este procedimiento se basa en la medida de las variaciones de velocidad que sufre el objeto debido a la presencia de las fuerzas que intervienen en el movimiento. La medida de la velocidad se realiza mediante el uso de barreras ópticas de gran área de medida, para lo cual también se ha desarrollado un procedimiento para medir las tres componentes de la velocidad instantánea usando estos dispositivos. Una vez conocidos los coeficientes los demás parámetros pueden derivarse de estos. Se han realizado pruebas usando balones deportivos, puesto que es una de las áreas de aplicación más directa y facilita el desarrollo de un prototipo.