Ala cónica que proporciona un bajo coeficiente de sustentación

Hola, actualmente estoy analizando diferentes diseños de alas usando ANSYS Fluent. Uno de mis diseños tiene un borde de ataque recto pero un borde de salida barrido, por lo que se estrecha con una cuerda de raíz de ala de 50 mm y una cuerda de punta de ala de 200 mm de longitud. La envergadura es de 250 mm. (Ver imagen) La forma aerodinámica utilizada es la S1223, que tiene un CL máximo de alrededor de 2,3. Por lo tanto, utilizando la fórmula de sustentación que (sé que es aproximada), calculo que el ala puede producir 58,5 N de sustentación a 36,452 m/s.

Sin embargo, usando ANSYS Fluent, encuentro que el ala solo puede producir un máximo de 39N de sustentación, que es un CL de 1.5.

Estoy bastante seguro de que las simulaciones que estoy ejecutando son precisas, pero necesito asesoramiento sobre qué podría estar causando esta diferencia. Suponiendo que los resultados que he obtenido son correctos. ¿Cuál es la razón de la gran diferencia en el coeficiente de sustentación? ¡Déjame saber si necesito proporcionar información adicional! Cualquier ayuda muy apreciada! EDITAR: Olvidé agregar que la simulación utilizada asume que el límite del túnel de viento está en la punta del ala y la raíz del ala. Así, la envergadura del ala ocupa todo el túnel de viento.Diseño de alas

Contorno de presión a alto AoA

Contorno de presión en la punta del ala

XFLR5 Análisis 2D Cl vs AoA

Fluent Tapered 3D CL frente a AoA

la imagen parece mostrar el ala invertida. ¿Está midiendo la sustentación en la dirección correcta para la inclinación?
No estoy seguro de lo que quiere decir con "límite del túnel de viento". Debe configurar el plano correspondiente a la raíz del ala como condición de contorno de simetría. No debe haber ningún límite en la punta excepto el límite normal de la pared para el campo cercano. El campo lejano debe ser la entrada de velocidad y el plano Trefftz debe ser la salida de presión.
De hecho, estoy midiendo la carga aerodinámica que produce el ala, así que sí, estoy midiendo en la dirección correcta @ZeissIkon Gracias por tu respuesta.
@JZYL Había establecido los límites para que estuvieran en la punta y la raíz por el momento, solo para determinar el coeficiente de sustentación sin tener en cuenta los vórtices de la punta del ala. Ambos se establecieron como condición de contorno de simetría. Acabo de corregir esto de acuerdo con su consejo, sin embargo, no hay cambios en el valor de elevación que estoy obteniendo. Sin embargo, hay un pequeño aumento en la resistencia. Gracias por su respuesta
¿Cuál es tu pregunta?
Suponiendo que los resultados que he obtenido son correctos. ¿Cuál es la razón de la gran diferencia en el coeficiente de sustentación? @ManuH
En un CL alto (o alto ángulo de ataque), para una simulación viscosa, tendrá mucha separación de flujo, lo que reducirá su sustentación. Dado que el perfil aerodinámico está invertido, el lado de succión es la superficie inferior, y ahí es donde debería ver un gradiente de presión adverso que conduce a un flujo inverso.
@JamesGreen, debe poner su último comentario en la pregunta para que quede más claro en la primera lectura.
@afcdesign ok genial gracias tiene sentido, tendré que leer un poco más. He agregado una imagen de mi contorno de presión en un AoA alto, ¿muestra esto un gradiente de presión adverso?
@ManuH Lo he hecho ahora gracias por señalarlo
¿Qué ángulo de ataque usas? ¿Lo varía lo suficiente para cubrir el caso de elevación máxima? Sería interesante ver el ascensor sobre la parcela AoA.
@PeterKämpf Varié AoA hasta que alcanzó el punto de estancamiento. Se han agregado gráficos de análisis 2D y análisis cónico 3D. Vale la pena señalar que las alas rectangulares de la misma forma aerodinámica siguen de cerca la tendencia 2D. Solo estoy buscando una explicación concluyente de por qué el ala cónica no produce un CL max más cercano.
@JamesGreen verá un gradiente de presión adverso después del pico de succión en el lado de succión del perfil aerodinámico. La pregunta es cuál es el alcance de la separación del flujo en ángulos de ataque altos. Podría verlo más claramente si traza el perfil de velocidad o fricción de la superficie de la piel.
@James Green algunas similitudes en su diseño y datos con las velas. Es posible que desee probar varias proporciones de camber, digamos de 1/20 a 1/7. Me encantan los contornos de presión para el estudio del efecto suelo.

Respuestas (1)

Al ahusar el ala, tiene en efecto un caso 3D, incluso si el ala está asentada entre las paredes del túnel de viento. La sustentación varía a lo largo de la envergadura casi como si el ala estuviera en vuelo libre con el doble de la envergadura y la cuerda larga en la base. Dado que la cuerda de la punta es solo un cuarto de la cuerda de la raíz, ese ala completa tendría un área de 0,075 m² con una luz de 0,5 m, lo que le daría una relación de aspecto de 3,33. A continuación se muestra una figura del libro Fluid Dynamic Lift de Sighard Hoerner (Capítulo 3, Figura 4) que muestra cómo varía el coeficiente de sustentación local a lo largo de la envergadura para alas con diferente relación de conicidad. Tu ala en vuelo libre estaría a ¾ entre la segunda y la tercera desde la izquierda.

Elevación dinámica de fluidos de Hoerner, Capítulo 3, Figura 4

Un caso 2D solo es posible con una cuerda constante ya que todo el ala produciría la misma circulación (cuerda de tiempos de sustentación). Con la cuerda variable a lo largo del tramo, solo el extremo más corto alcanzará el coeficiente de sustentación máximo de 2,3 localmente, pero con un ángulo de ataque más bajo. Todavía obtienes más sustentación con las paredes de tu túnel de viento que en vuelo libre, pero con una relación de conicidad de 0.25 no se mantiene mucho del caso 2D.

La mayor circulación del extremo de la cuerda larga produce una circulación adicional en el extremo de la cuerda corta y le permite detenerse en un ángulo de ataque más bajo cuando la raíz solo ha alcanzado la mitad de su potencial total (consulte la figura anterior, donde el coeficiente de sustentación central es solo la mitad del coeficiente de elevación de la punta). La reducción en el ángulo máximo de ataque de -13° para el caso 2D a -10° también muestra cuánta sustentación potencial se pierde.

muchas gracias por tu tiempo y respuesta. Apreciado enormemente. Entonces, según tengo entendido, ¿solo la longitud de cuerda más corta alcanza el coeficiente de elevación máximo? ¿Pero el extremo del acorde largo tiene mayor circulación? Pensé que la elevación era directamente proporcional a la circulación. ¿O está diciendo que esto es cierto, sin embargo, debido a la gran diferencia en la circulación, hay un exceso de circulación en la cuerda más corta que conduce a la pérdida de sustentación?
@JamesGreen Sí, solo el extremo más corto alcanza la elevación máxima y lo hace con un AoA más bajo. Vea la primera torcedura en la pendiente de la curva de elevación: espero que sea causada por el inicio de la separación en el extremo corto. Mientras que la elevación en el extremo largo aumenta con el aumento de AoA, el extremo corto ya se detiene. ¿Probaste con washout (diferente incidencia entre raíz y punta)? En cuanto a la circulación: Sí, es proporcional a la sustentación y la circulación radicular alta provoca un aumento del AoA en la punta, lo que permite que se detenga prematuramente.
Ala cónica que proporciona un bajo coeficiente de sustentación
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