Estudio aerodinámico mediante CFD y diseño de experimentos para la caracterización de estelas en túnel de viento

Abstract

[ES] En el diseño de vehículos aerodinámicos pueden aparecer interferencias debido a la deflexión del aire de unas alas sobre otras. Por otro lado, la interferencia generada por cuerpos romos como el fuselaje, motores o tren de aterrizaje se manifiesta en forma de estelas. Estas estructuras turbulentas en las que el flujo es caótico y donde el coeficiente de presión total es mínimo y su influencia sobre las alas es el núcleo de este proyecto.

Con el objetivo de reducir la influencia de la estela, se ha llevado a cabo una serie de simulaciones CFD empleando tres tipos de recursos: cambio en la distribución de presión transversal, deflexión de flujo y creación una estructura de vórtices. En cada cambio se han podido observar diferentes grados de influencia sobre la estela, acompañados de algunos fenómenos no previstos, que también han sido analizados. La incorporación de los tres cambios ha supuesto una mejora en la sustentación del 28% según las simulaciones.

El estudio ha concluido con el diseño de una herramienta de validación que permita obtener una correlación entre las tendencias observadas en CFD y la realidad. La herramienta es una parrilla aerodinámica de presión total, para la que se han definido los materiales y piezas necesarios, así como la ubicación y método de ensamblaje.

[EN] n the design of aerodynamic vehicles, interference can occur due to the deflection of air from one wing over the other. On the other hand, interference generated by blunt bodies such as the fuselage, engines or landing gear manifests itself in the form of wakes. These turbulent structures in which the flow is chaotic and where the total pressure coefficient is minimal and its influence on the wings is the core of this project.

In order to reduce the influence of the wake, a series of CFD simulations have been carried out using three types of resources: change in the transverse pressure distribution, flow deflection and creation of a vortex structure. In each change, different degrees of influence on the wake have been observed, accompanied by some unforeseen phenomena, which have also been analysed. The incorporation of the three changes resulted in a 28% improvement in lift according to the simulations.

The study concluded with the design of a validation tool that allows a correlation between the trends observed in CFD and reality. The tool is a full-pressure aerodynamic grille, for which the necessary materials and parts have been defined, as well as the location and method of assembly.