Sobre la mitigación de la separación de la corriente en perfiles aerodinámicos a bajo número de Reynolds

Abstract

[ES] El estudio de la aerodinámica a bajo número de Reynolds resulta fundamental debido al auge de las pequeñas aeronaves no tripuladas que vuelan a dicho régimen, cada vez más empleadas por las ventajas que suponen. El principal fenómeno que se estudiará consiste en la aparición de burbujas de separación laminar, producidas cuando el flujo se desprende de la superficie del perfil para después volver a adherirse, modificando así su actuación aerodinámica.

Con tal de evitar la aparición de esta burbuja, se fija como objetivo mitigar la separación de la corriente a través de la incorporación de succión y eyección en el perfil estudiado. De este modo y abarcando cuatro números de Reynolds distintos, se tratará de aumentar la eficiencia aerodinámica durante el vuelo de crucero a partir de un estudio paramétrico que permita encontrar el diseño óptimo. Por otro lado, se buscará incrementar el coeficiente de sustentación máximo con tal de poder dotar al vehículo de una mayor masa de despegue para cierta velocidad o, por el contrario, reducir la velocidad de entrada en pérdida para una masa concreta. Con estos objetivos en mente, se empleará el programa XFLR5 y la dinámica de fluidos computacional para el correspondiente desarrollo del trabajo.

[EN] The study of low Reynolds number aerodynamics is essencial due to the rise of small unmanned aerial vehicles flying under this regime, increasingly used for the advantages they represent. The main phenomenon that is studied in this paper is the appearance of laminar separation bubbles (LSB), where the flow detaches from the profile surface and then it adheres again, causing the modification of its aerodynamic performance.

In order to avoid the appearance of this bubble, the objective is to mitigate the separation of the stream with the incorporation of suction and ejection in the studied profile. Using four different Reynolds numbers, an attempt will be made to increase aerodynamic efficiency during cruise from a parametric study that will allow to find the appropriate design. Otherwise, another attempt will be made to increase the maximum lift coefficient in order to provide the vehicle with a greater mass for the same speed or, on the contrary, in order to reduce the stall speed with a specific mass. For these purposes, XFLR5 and computational fluid dynamics will be used during the development of the paper.

[CA] L’estudi de l’aerodinàmica a baix nombre de Reynolds és fonamental degut a l’auge del vehicles aeris no tripulats que volen en aquest règim, cada vegada més emprats pels avantatges que suposen. El principal problema que s’estudiarà consisteix en l’aparició de bambolles de separació laminar, on el flux es desprén de la superfície del perfil per a després tornar a adherirse, modificant així el comportament aerodinàmic. Amb la finalitat d’evitar aquest fenomen, s’estableix com objectiu evitar el despreniment de la corrent amb la incorporació de succió i ejecció. Aleshores, per a cuatre nombres de Reynolds diferents, es tractarà d’evitar l’aparició de la LSB per tal d’augmentar l’eficiència aerodinàmica durant el vol creuer a partir d’un estudi paramètric que permeta trobar el disseny òptim. També es tractarà d’incrementar el coeficient de sustentació màxim per tal que es puga afegir més massa al vehicle per a una mateixa velocitat o, pel contrari, aconseguir que es necessite menys velocitat per a mantindre el vol amb una massa concreta. Per al desenvolupament del treball, s’emprarà XFLR5 i dinàmica de fluids computacional per al corresponent desenvolupament del treball.