Estudio experimental de la configuración geométrica "box-wing" de una aeronave

Abstract

[ES] Este documento tiene como principal objetivo el estudio experimental de las características aerodinámicas de un modelo de ensayo con configuración box-wing, caracterizada por contar con dos alas separadas, tanto longitudinal como verticalmente, y unidas mediante una aleta vertical en sus extremos.

En primer lugar se presenta un análisis bibliográfico, donde se analizan las diferentes contribuciones a la investigación de esta configuración a lo largo de la historia, así como un análisis de los diferentes parámetros que influyen en el comportamiento aerodinámico de la configuración.

Seguidamente se muestra el diseño de las piezas fabricadas para la realización de los ensayos. El modelo está basado en un trabajo previo realizado por Adrián Moreno Romero, titulado Study on the box-wing configuration in sweep and relative position. Las piezas se han diseñado mediante CAD (Computer Aided Design), y se han fabricado mediante impresión 3D y corte por láser. Se explican también las características del túnel de viento empleado y se describen los ensayos que se van a realizar: visualización de flujo mediante hilos, visualización de flujo mediante humo y toma de presiones estáticas.

El principal resultado que se ha obtenido es que, para el modelo estudiado, la interferencia que genera un ala sobre la otra es significativamente importante. Esta interferencia afecta a la entrada en pérdida de ambas alas (el ala delantera entra antes en pérdida que la trasera) y al aprovechamiento de la sustentación que genera el ala trasera, la cual ve reducida su sustentación debido a la desviación del flujo que recibe por efecto del ala delantera. Esta interferencia provoca que no se aprovechen al máximo los beneficios en resistencia inducida que presenta este tipo de configuración.

[EN] The main objective of this paper is the experimental study of the aerodynamic characteristics of a test model with a box-wing configuration, characterized by having two separate wings, both longitudinally and vertically, and joined by a vertical fin at their tips.

First, a bibliographic analysis is presented, where the different contributions to the research of this configuration throughout history are analyzed, as well as an analysis of the different parameters that influence the aerodynamic behavior of the configuration.

Next, the design of the parts manufactured for the tests is shown. The model is based on a previous work carried out by Adrián Moreno Romero, entitled Study on the box-wing configuration in sweep and relative position. The parts have been designed by CAD (Computer Aided Design), and manufactured by 3D printing and laser cutting. The characteristics of the wind tunnel used are also explained and the tests to be carried out are described: tuft flow visualization, smoke flow visualization and static pressure measurements.

The main result obtained is that, for the model studied, the interference generated by one wing on the other is significantly important. This interference affects the stall of both wings (the front wing stalls before the rear wing) and the use of the lift generated by the rear wing, which sees its lift reduced due to the deviation of the flow it receives from the effect of the front wing. This interference means that the induced drag benefits of this type of configuration are not fully exploited.

[CA] Aquest document té com a principal objectiu l’estudi experimental de les característiques aerodinàmiques d’un model d’assaig amb configuració box-wing, caracterizada per comptar amb dues ales separades, tant longitudinalment com verticalment, i unides mitjançant una aleta vertical en els seus extrems. En primer lloc es presenta un anàlisi bibliogràfic, on s’analitzen les diferents contribucions a la investigació d’aquetsa configuració al llarg de la història, així com un anàlisi dels diferents paràmetres que influeixen en el comportament aerodinàmic de la configuració. Seguidament es mostra el disseny de les peces fabricades per a la realització dels assajos. El model està basat en un treball previ realitzat per Adrián Moreno Romero, titulat Study on the box-wing configuration in sweep and relative position. Las piezas se han diseñado mediante CAD (Computer Aided Design), i s’han fabricat emprant la impressió 3D i el tall per làser. S’expliquen també les característiques del túnel de vent emprat i es descriun els assajos que es van a realitzar: visualització del flux mitjançant fils, visualització del flux mitjançant fum i mesura de pressions estàtiques. El principal resultat que s’ha obtingut es que, per al model estudiat, la interferència que genera un ala sobre l’altra és significativament important. Aquesta interferència afecta a l’entrada en pèrdua d’ambdues ales (l’ala davantera entra abans en pèrdua que la del darrere) i l’aprofitament de la sustentació que genera l’ala del darrere, la qual veu reduïda la seua sustentació degut a la desviació del flux que rep per efecte de l’ala davantera. Aquesta interferència provoca que no s’aprofiten al màxim els beneficis en resistència induïda que presenta aquest tipus de configuració