Aerodynamic lift. La sustentación aerodinámica

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Descripción

Foto Cessna

NUEVA TEORÍA EN AERODINÁMICA La sustentación

Dr. J. Javier Doria Iriarte [email protected]

Bilbao, España, septiembre de 2015

Introducción Introducción

Objeto de la presentación Contribuir al conocimiento del efecto aerodinámico punto de vista sobre alas, velas y álabes desde otro p Basado en dos hipótesis: “El tratamiento analítico, comprobable en 2

v 2  vx  v y

2

1 E K  ∙ m∙V 2 , 2

se resuelve así:”

( (vectorial) t i l)

1 1 2 2 pd  ∙  ∙v 2  ∙  ∙(( v x  v y )  pdx  pdy 2 2

((escalar))

“El fluido aguas abajo del sólido (ala por ej.) sigue impulsando por succión (presiones negativas) sobre el sólido y el flujo alterado por él”

La succión aguas abajo LA TEORÍA Í AERODINÁMICA CLÁSICA

NUEVA TEORÍA

La teoría vigente ofrece simetría en el flujo y presiones. La viscosidad justifica el resultado real P

(segunda hipótesis)

“El El fluido aguas abajo impulsa por succión.” + push pus

P+ push

Es el físico

concepto

La nueva teoría exige y define analíticamente un fuselaje para evitar ell desprendimiento, d di i t posible sin viscosidad

P-

P+ APLICACIONES REALES DE LA NUEVA TEORÍA

push h

pull ll

A veces asuntos complejos pueden resultar obvios Nueva teoría aerodinámica - Dr. J. Javier Doria Iriarte

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LA TEORÍA Í AERODINÁMICA CLÁSICA

NUEVA TEORÍA

Fig. 1 Sustentación: vector rojo vertical Resistencia: vector horizontal

Fig. 2 Circulación teórica

La sustentación aerodinámica, se admite hoy en día, como una deflexión del fluido (Fig. 1) debida a un mecanismo ideal (flujo potencial) de “circulación” circulación (rotación) del fluido (Fig. 2). No es posible la sustentación (el vuelo) en fluidos no viscosos. APLICACIONES REALES DE LA NUEVA TEORÍA

En el extradós, con presiones inferiores, el fluido fluye a mayor velocidad (y caudal) que el intradós (Bernoulli) con el resultado de aportar un 75% de la sustentación. La resistencia se vence con los motores y el momento con el estabilizador horizontal en la cola. Nueva teoría aerodinámica - Dr. J. Javier Doria Iriarte

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El mecanismo de la sustentación aerodinámica LA TEORÍA Í AERODINÁMICA CLÁSICA

NUEVA TEORÍA

La combinación del impulso positivo desde aguas arriba (verde) y el de succión d d aguas abajo desde b j (rojo) ( j ) sobre b ell perfil fil producen d la l deflexión d fl ió hacia h i abajo b j con componente vertical (sustentación) y horizontal (resistencia al avance). APLICACIONES REALES DE LA NUEVA TEORÍA

Nuestro modelo exige que el flujo desviado vuelva a su camino nuevamente. La desviación del fluido en el extradós tiene un límite físico que al superar el ángulo de pérdida se desprenderá anulando la sustentación y aumentando la resistencia Esto es posible con fluidos no viscosos, ideales. Nueva teoría aerodinámica - Dr. J. Javier Doria Iriarte

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El mecanismo de la sustentación aerodinámica LA TEORÍA Í AERODINÁMICA CLÁSICA

NUEVA TEORÍA

APLICACIONES REALES DE LA NUEVA TEORÍA

La novedad reside en: -Desaparece el concepto ideal (no físico) de circulación. -El El concepto de succión por el fluido aguas abajo, abajo que la teoría actual no incluye y que con pd  pdX  pdY permite realizar todos los cálculos -Un avión podría volar en un aire incompresible y no viscoso -Pleno Pleno sentido físico sin flujos potenciales irreales, coherente con la experimentación en distribución de presiones, CL y CD. -El flujo paralelo en el borde de salida cumple con la condición de Kutta S Sencilla ill explicación li ió fí física i d de lla sustentación t t ió y vuelo l d de aeronaves Nueva teoría aerodinámica - Dr. J. Javier Doria Iriarte

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El ciclo de la sustentación aerodinámica LA TEORÍA Í AERODINÁMICA CLÁSICA

El aire deflectado se desplaza coherentemente, efecto de retorno utilizado por los gansos

NUEVA TEORÍA

La energía de los motores se transforma en energía cinética del aire. Se cierra el ciclo. APLICACIONES REALES DE LA NUEVA TEORÍA

Las aves utilizan el impulso de retorno Nueva teoría aerodinámica - Dr. J. Javier Doria Iriarte

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el aire deflectado corta una nube

LA TEORÍA Í AERODINÁMICA CLÁSICA

(Cessna)

NUEVA TEORÍA

APLICACIONES REALES DE LA NUEVA TEORÍA

la pérdida de sustentación Nueva teoría aerodinámica - Dr. J. Javier Doria Iriarte

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Nueva teoría vs. teoría clásica LA TEORÍA Í AERODINÁMICA CLÁSICA

La disposición de los gruesos soportes del túnel del viento detrás de los modelos revela que se ignora el efecto de la acción del fluido aguas abajo

NUEVA TEORÍA

Obstáculos al flujo aguas abajo

APLICACIONES REALES DE LA NUEVA TEORÍA

Hoy se desprecia el flujo aguas abajo Nueva teoría aerodinámica - Dr. J. Javier Doria Iriarte

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Resultados experimentales LA TEORÍA Í AERODINÁMICA CLÁSICA

Comprobamos nuestras sencillas ecuaciones mediante los datos experimentales de la serie de perfiles simétricos NACA De página oficial NACA report 460 NACA 0012 simétrico e/c= 0,12 X30%= 6

NUEVA TEORÍA

APLICACIONES REALES DE LA NUEVA TEORÍA

DATOS EXPERIMENTALES a Cz Cx 0 0 0,008 2 0,15 0,008 4 0,28 0,01 6 0 42 0,42 0 02 0,02 8 0,57 0,035 10 0,71 0,04 12 0,86 0,058 14 1 0,07 16 1,15 0,092 18 1,28 0,11 20 1,45 0,14

http://naca.central.cranfield.ac.uk/reports/1939/naca-report-647.pdf e/c/Cx 15,00 cos(a) 1 0,9994 0,9976 0 9945 0,9945 0,9903 0,9848 0,9781 0,9703 0,9613 0,9511 0,9397

Cz NACA

Cx NACA

Cx TEORIA

Cz Teoría

, Cxo= 0,008112 kFx= 2,0967 43 45 kFz kFx 0 0,0000 2,1543 0,0034 2,0159 0,3991 2 0241 2,0241 1 0855 1,0855 2,0720 1,3906 2,0800 1,0665 2,1185 1,1683 2,1342 1,0761 2,1743 1,1291 2,1819 1,0976 2,2601 1,1670 2,0967 0,9148

NUEVA TEORÍA 44 Cx 0,008 0,011 0,018 0 031 0,031 0,048 0,071 0,097 0,129 0,164 0,203 0,245

42 Cz 0,00 0,15 0,29 0 44 0,44 0,58 0,72 0,85 0,98 1,11 1,23 1,34

1,6 1,4 1,2 1 0,8 06 0,6 0,4 0,2 0 0

2

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10 12 14 16 18 20

L aproximación La i ió teórica t ó i all resultado lt d experimental i t l de d NACA es excelente l t Nueva teoría aerodinámica - Dr. J. Javier Doria Iriarte

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Resultados experimentales LA TEORÍA Í AERODINÁMICA CLÁSICA

NUEVA TEORÍA

Los slats desplegados revelan que el cono de condensación no se relaciona con la barrera del sonido

APLICACIONES REALES DE LA NUEVA TEORÍA

cono de condensación en la zona de nuestra onda de choque de succión

Encontramos una explicación física sencilla a efectos extraños Nueva teoría aerodinámica - Dr. J. Javier Doria Iriarte

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