Tomas de aire UAV

Mejora del diseño aerodinámico

Resumen

En el presente trabajo se muestra la segunda etapa de diseño y mejora del prototipo de avión blanco desarrollado desde el Departamento de Motores Térmicos de la UPV. Proyecto centrado en la remodelación de la zona central de la aeronave en base al nuevo sistema propulsivo y la mejora aerodinámica externa.

El diseño de las tomas de aire, según las especificaciones de vuelo, ha sido una de las labores principales llevada a cabo durante esta etapa. El objetivo, la propuesta y estudio de una primera versión de diseño del difusor. El comportamiento y las condiciones del aire a la entrada de los motores han sido calculadas mediante simulación numérica.

Los casos de estudio empleados para la especificación geométrica del fuselaje externo y las tomas de aire son dos, vuelo crucero y despegue. Condiciones de vuelo críticas por su relevancia respecto a la eficiencia y comportamiento de la aeronave.

Los resultados obtenidos servirán como  validación de la mejora aerodinámica externa, así como de base para una propuesta final de diseño de las tomas de aire. Esta tarea, así como el resto de trabajos futuros pendientes, se llevarán a cabo durante futuras etapas de diseño.

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PROPUESTA DE DISEÑO

Como primera fase de esta segunda etapa de diseño, se ha realizado la remodelación aerodinámica de toda la zona central, respetando la planta alar, debido a la implementación de un nuevo sistema propulsivo. Ambos motores se sitúan uno encima del otro y en el plano de simetría de la aeronave.

El proceso de diseño ha seguido dos líneas de actuación. El rediseño del fuselaje externo y la especificación de las toberas, así como de las tomas de aire, para adecuar los motores escogidos al prototipo modificado. Para asegurar el correcto funcionamiento de la planta propulsiva, las tomas de aire deberán ser validadas desde el punto de vista aerodinámico junto al resto de la aeronave.

Resultados

Mediante la simulación de fluidos es posible caracterizar el comportamiento del aire bajo distintas condiciones de vuelo. De esta forma, y mediante un proceso iterativo, es posible adecuar la geometría para obtener los resultados deseados durante la fase de diseño. A pesar de no ser una buena propuesta de diseño inicial, gracias a estos resultados y a la simulación de fluidos, se han podido detectar los fallos de diseño, así como las acciones de mejora.

Velocidad y Líneas de Corriente

Por un lado, los resultados obtenidos muestran la mejora del comportamiento aerodinámico externo. El nuevo diseño para fuselaje central es capaz de adecuar perfectamente el paso del aire, mejorando de esta forma la eficiencia aerodinámica de la aeronave.  Sin embargo, la propuesta de diseño para las tomas de aire debe ser mejorada. En este caso, existe un desprendimiento del flujo, justo a la entrada del difusor, que ocasiona la generación de vórtices. Este fenómeno debe ser evitado para asegurar la correcta admisión de aire hasta los motores.

Velocidad y Líneas de Corriente

Por un lado, los resultados obtenidos muestran la mejora del comportamiento aerodinámico externo. El nuevo diseño para fuselaje central es capaz de adecuar perfectamente el paso del aire, mejorando de esta forma la eficiencia aerodinámica de la aeronave.  Sin embargo, la propuesta de diseño para las tomas de aire debe ser mejorada. En este caso, existe un desprendimiento del flujo, justo a la entrada del difusor, que ocasiona la generación de vórtices. Este fenómeno debe ser evitado para asegurar la correcta admisión de aire hasta los motores.

Turbulencia LES Re 1000000

Contornos de Turbulencia

La generación de vórtices se produce bajo cualquier condición de vuelo. Este fenómeno afecta al avance del flujo de aire en el interior de los conductos, deflectándolo y provocando un comportamiento turbulento. Para asegurar el correcto funcionamiento de los motores, la geometría de las tomas de aire debe ser modificada.

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