Análisis CFD y validación experimental de las características de un perfil con hendiduras longitudinales

Abstract

[ES] Desde el nacimiento de la aviación, el estudio de la influencia de la forma del perfil alar sobre las prestaciones de las aeronaves ha supuesto siempre uno de los principales ámbitos de mejora; una pequeña variación en curvatura o espesor determina en gran medida aspectos como el ángulo de ataque máximo o la resistencia aerodinámica del ala. La observación de la naturaleza y de los mecanismos que utilizan muchas especies de animales acuáticos o voladores ha supuesto una importante fuente de inspiración a lo largo de la historia de la aeronáutica. Así, existen varias líneas de investigación todavía abiertas en las que se asimila la forma del ala a las aletas de las ballenas jorobadas o se introducen mecanismos en punta de ala que pretenden imitar las plumas con las que las águilas son capaces de cambiar la trayectoria o el ángulo de ataque con un movimiento mínimo, entre otros. Los estudios sobre las aletas de las ballenas han demostrado que la presencia de protuberancias en borde de ataque introduce cierta turbulencia que readhiere el flujo en borde de fuga retrasando la entrada en pérdida a altos números de Reynolds. A lo largo del presente documento se estudiará si la turbulencia introducida por la adición de unas hendiduras paralelas al borde de ataque tiene el mismo efecto y es también capaz de retrasar la entrada en pérdida del ala. Para ello se realizará en primer lugar un análisis en CFD del modelo, que después se tratará de validar con un estudio experimental en túnel de viento. Así, podrán extraerse gráficos de la curva Cl-α y de la polar del perfil, permitiendo determinar si la variación en la forma es útil y, sobre todo, si compensaría introducirla en casos reales. El estudio busca conocer si la aplicación de este nuevo perfil sería posible en pequeñas aeronaves de ala fija o en aviación militar, ya que en ambos casos sería determinante un aumento del ángulo de ataque máximo que permitiese realizar maniobras más arriesgadas.

[EN] Since the birth of aviation, the study of the influence of airfoil shape on aircraft performance has always been one of the main areas of improvement; a tiny variation in curvature or thickness largely determines aspects such as the maximum angle of attack or the aerodynamic drag of the wing. The observation of nature and the mechanisms used by many species of aquatic or flying animals have been a relevant source of inspiration throughout the history of aeronautics. Thus, there are several lines of current research in which the shape of the wing is assimilated to the fins of humpback whales or are introduced wing tip mechanisms that aim to imitate the feathers that eagles use to change trajectory or angle of attack with minimal movement, among others.Studies on whale flippers have shown that the presence of leading edge protrusions introduces some turbulence that readdresses the trailing edge flow by delaying stall at high Reynolds numbers. Throughout the present paper, it will be studied whether the turbulence introduced by the sum of some notches parallel to the leading edge has the same effect and can also delay the wing stall. For this purpose, a CFD analysis of the model will be performed, which will then be validated by an experimental study in a wind tunnel. Thus, graphs of the Cl-α curve and the polar curve of the airfoil can be drawn, allowing us to determine whether the variation in shape is useful and, above all, whether it would be worthwhile to introduce it in real cases. The study seeks to determine whether the application of this new airfoil would be possible in small fixed-wing aircraft or military aviation since an increase in the maximum angle of attack would be decisive to allow more risky maneuvers.

[CA] Des del naixement de l'aviació, l'estudi de la influència de la forma del perfil alar sobre les prestacions de les aeronaus ha suposat sempre un dels principals àmbits de millora; una xicoteta variació en curvatura o grossària determina en gran manera aspectes com l'angle d'atac màxim o la resistència aerodinàmica de l'ala. L'observació de la naturalesa i dels mecanismes que utilitzen moltes espècies d'animals aquàtics o voladors ha suposat una important font d'inspiració al llarg de la història de la *aeronaútica. Així, existixen diverses línies d'investigació encara obertes en les quals s'assimila la forma de l'ala a les aletes de les balenes geperudes o s'introduïxen mecanismes en punta d'ala que pretenen imitar les plomes amb les quals les àguiles són capaces de canviar la trajectòria o l'angle d'atac amb un moviment mínim, entre altres. Els estudis sobre les aletes de les balenes han demostrat que la presència de protuberàncies en vora d'atac introduïx una certa turbulència que readherix el flux en vora de fugida retardant l'entrada en pèrdua a alts números de *Reynolds. Al llarg del present document s'estudiarà si la turbulència introduïda per l'addició d'una clivella paral·lela a la vora d'atac, imitant els ossos *protuberantes de les ales dels ratpenats, té el mateix efecte i és també capaç de retardar l'entrada en pèrdua de l'ala. Per a això es realitzarà en primer lloc una anàlisi en *CFD de diverses modificacions del perfil *Clark-I, que després es tractarà de validar amb un estudi experimental en túnel de vent. Així, podran extraure's gràfics de la corba *Cl-*α i de la distribució de pressions dels diferents perfils analitzats, permetent determinar si la variació en la forma és útil i, sobretot, si compensaria introduir-la en casos reals. L'estudi busca conéixer si l'aplicació d'este nou perfil seria possible en xicotetes aeronaus d'ala fixa volant a baixes altituds i velocitats, ja que una ampliació del rang de maniobra podria ser determinant en aplicacions diverses com a operacions de rescat o filmació de preses audiovisuals.