Perfil alar

IPN-ESIME

PERFIL ALAR

NACA-2412 ARREOLA ROMERO OSCAR EDUARDO PACHECO NUÑÉZ MARÍA KAREN

MALDONADO ALFARO CARLOS ABRAHAM TERÁN MONREAL RICARDO ANTONIO

ÍNDICE 4 5

Introducción Automovil a traves del tiempo

7 Partes de un auto formula 1 9 Volar en la ciudad 10 El perfil alar consta de varias partes

11 Índice de un perfil NACA 13 NACA 2412 14 Transformada de Joukowski

15 Mapeo del perfil alar 17 Alternativas del perfil aerodinámico

19 Conclusiones 21 Bibliografía

INTRODUCCIÓN En la

aeronáutica así como en la

industria automotriz, el perfil alar o aerodinámico hace referencia al corte que se puede hacer al ala del avión o en el alerón de un coche en forma vertical para visualizar su forma y cómo le permite desplazarse a través del aire para distribuir las presiones que generan la sustentación.

En el presente trabajo se conocerá la historia de los autos de fórmula 1, las partes que componen a sus vehículos, la importancia del uso de alerones en el desempeño

del

automóvil,

la

representación del perfil en el plano complejo y los perfiles aerodinámicos que podrían mejorar el rendimiento del automóvil.

4

AUTOMÓVIL A TRA 1953 Jaguar C-Type Primer auto en usar frenos de acero, reducía la distancia de frenado y mejoraba el rendimiento en curvas .

Densidad

Coeficiente de arrastre

2 1 FD =—ρv C D A 2

Velocidad

1 Michael Mayfue el ingeniero uso de alerones para una me agarre y una mejora en el ma

Área

El arrastre aumenta con la velocidad y el área, por lo que el diseño de los autos de carreras cambió.

1981 Fibra

Se utilizó la fibra de carbo autos, salvando a John Wa que su auto era de este m

Se utilizó el efecto Venturi para crear el fenómeno contrario al levantamiento que se genera por la diferencia el chasis y el asafalto, donde es menor; dicha diferencia genera

VÉS DEL TIEMPO

956 Porsche 550 Spider y corredor que implemetó el ejor tracción, un mejor anejo del automóvil.

de Carbono

ono para la estructura de los atson de un accidente gracias a aterial.

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1963 Jim Holland

Fue el primer piloto en usar un alerón retráctil, lo que le brindaba mayor estabilidad.

Al inicio, en las competencias se usaban autos de uso cotidiano, sin embargo, la distancia entre las llantas no era óptima generando que el centro de gravedad no estuviera en la posición adecuada, provocando inestabilidad.

Debido a que no se podía cambiar el peso de la estructura y motores, se optó por modificar el diseño del automóvil, de una configuración rectangular a una circular.

a de presiones que existe entre la parte superior del automóvil, donde la presión es mayor, y el espacio entre una fuerza vertical que empuja al vehículo provocando tracción.

Partes de un Generador de Vórtices Conducto de frenos

Wishbones

Flaps

8

n auto Fórmula 1 Alerón

Morro

Chimenea

Retrovisor

Endplate

9

DESEMPEÑO El ala de una aeronave se compone de varias partes, entre largueros, larguerillos, costillas, etc.

Pero la sección más importantes es la forma que tiene el ala, la forma definirá el desempeño de la aeronave durante el vuelo, esta sección es el perfil alar.

Es una sección del ala de un avión, es decir, la forma plana que cuando se desplaza en el aire es capaz de crear a su alrededor una distribución de presiones que le permiten a la aeronave sustentarse.

VOLAR EN LA CIUDAD Facilidad de desplazamiento

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PARTES

EL RENOVADO Y MEJORADO LAMBORGHINI El perfil alar consta de varias partes Foto cortesía de JOYPLANES

1. Borde de ataque, parte delantera del perfil del ala.

2. Borde de salida o de fuga, corresponde al punto en que las corrientes de aire que provienen del intradós y extradós abandonan el perfil.

3. Intradós, señala la parte interior de la estructura.

4. Extradós, señala la parte exterior de la estructura.

5. Región de espesor máximo.

6. Región de curvatura máxima.

7. Cuerda, línea recta que une el borde de salida con el de ataque.

8. Curvatura media, línea media entre el extradós y el intradós.

9. Curvatura máxima, corresponde a la máxima distancia entre la cuerda y la curvatura media.

10. Espesor máximo, máxima distancia que hay entre el intradós, superficie inferior y el extradós, superficie superior.

11. Radio del borde de ataque, medida del afilamiento del borde de ataque.

ÍNDICE DE UN PERFIL NACA

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Los perfiles NACA están clasificados y codificados en un catálogo para su utilización por los ingenieros proyectistas.

-PERFILES NACA-

Perfil NACA de 4 dígitos Los cuatro números están basados en la geometría del perfil.

NACA abt1t2 en donde: a: Ordenada máxima de la línea media en porcentaje de la cuerda. b: Posición de la ordenada máxima en décimas de la cuerda. t1t2: Espesor máximo en porcentaje de la cuerda.

Perfil NACA de 5 dígitos NACA abct1t2 en donde: a: Este entero multiplicado por 0,15 da el coeficiente de sustentación de diseño. bc: Relación bc=2Xm, en donde Xm es la distancia del borde de ataque al punto de ordenada máxima, expresado en porcentaje de la cuerda. t1t2: Espesor máximo en porcentaje de la cuerda.

Características de los perfiles alares.

Coeficiente de levantamiento (Cl): Indica la fuerza ejercida sobre el perímetro del perfil perpendicular al flujo.

Coeficiente de arrastre (Cd): Indica la fuerza paralela al flujo, la cual se opone al movimiento. Ángulo de ataque (𝛼): Es el ángulo que hay entre la dirección del viento y el perfil alar.

Número de Reynolds (Re): Es la relación de fuerzas de inercia a fuerzas viscosas y es un parámetro conveniente para predecir si una condición de flujo será laminar o turbulento.

NACA 2412 características del perfil alar de 4 dígitos, NACA 2412.

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14

-TRANSFORMADA DE JOUKOWSKIREPRESENTACIONES POR MAPEO CONFORME Y TRANSFORMADA DE JOUKOWSKI

Un mapeo conforme es una transformación de una región conocida en otra región establecida por esta región, esto se realiza mediante una función analítica, punto a punto. Gracias a las transformaciones conformes se puede obtener a partir de un flujo potencial conocido, las características de otro flujo potencial se obtienen del primero aplicando una transformación elegida convenientemente, de esta forma se puede encontrar la solución del problema del flujo potencial alrededor de un perfil alar, este trabajo de mapeado se realiza por la transformación de Joukowski, el cual nos deja convertir circunferencias en perfiles aerodinámicos,donde w, es el plano objetivo, y z, es el plano origen.

MAPEO DEL PERFIL ALAR

El mapeo para el perfil alar NACA 2412 es el siguiente: f(z)=z+1/z, donde z=x+yi.A continuación se desarrollarán las expresiones para ‘u’, la parte real, y ‘v’, la parte imaginaria, de una función w. Se representará una circunferencia, con coordenadas del centro fuera del origen, en el plano xy y en esa misma gráfica se representará la transformación de Joukowski para esa circunferencia.

El mapeo conforma correspondiente a una circunferencia con centro fuera del origen es:

Representación en un sistema gráfico, U y V serán representadas como X e Y respectivamente, recordando que éstos se manifiestan en el plano imaginario UV.

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Transformación de Joukowski f(z)=z+1/z de una circunferencia con centro fuera del origen.

Perfil alar NACA 2412, al fondo, con la transformación de Joukowski de la circunferencia. línea punteada.

NACA 23015 El perfil aerodinamico NACA 23015 es una buena

opción

para

los

elementos

de

sustentación negativa del auto.

Hay varias razones por las que nuestro análisis concluyó que su implementación es adecuada.

Primero, tiene un amplio rango de coeficiente de downforce , como se muestra en las gráficas, hay valores de sustentación negativa desde un ángulo de ataque de 20°, lo que permite al fabricante tener un rango más amplio de álpha para colocar el elemento de forma fija, tal es el caso de los flaps del morro.

La segunda razón se relaciona con el DSR (Sistema de Reducción de Arrastre), que acciona el cambio de ángulo de ataque del alerón tracción

trasero y

del

auto,

disminuyendo

aumentando la

la

resistencia

aerodinámica. En este sentido el perfil NACA 23015, brinda un coeficiente aceptable de

downforce razonable a los 10° de inclinación, que es el ángulo máximo del DSR. Tercero,

ofrece

coeficiente

de

una

buena

sustentación

relación negativa

de y

coeficiente de arrastre, en otras palabras, a altas velocidades proveerá de tracción sin afectar el rendimiento por el aumento de resistencia.

Gráficas NACA 23015

NACA 64-008 El

perfil

NACA

recomendación sustentación

64-008

para

negativa.

las Sin

es

la

segunda

superficies embargo

no

de se

recomienda para todas las secciones.

Las razones por las que se recomienda son las siguientes.

Para la sección de flaps en el alerón delantero ofrecería una fuerza de downforce aceptable considerando que el espesor máximo de este perfil es considerablemente menor comparado con el NACA 23015, lo que se traduce en una mejor relación entre el uso de material y el coeficiente de sustentación.

Para el alerón trasero, no se recomienda para su uso, ya que no ofrece un rango amplio en el ángulo de ataque, por lo que el sistema DSR podría causar un levantamiento abrupto o no predecible ya que no hay datos del coeficiente de downforce antes de los -10°.

Pero en los flaps o ranuras que componen el Gráficas NACA 64-008

endplate sí aportarían tracción al auto.

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CONCLUSIÓN La industria automotriz en su evolución ha desarrollado nuevos diseños con el objetivo de aumentar el desempeño de los autos, implementando tecnología mediante la creación de nuevos motores, frenos y demás sistemas. Un punto de especial relevancia fue la incorporación de superficies de sustentación negativa que gracias a sus propiedades aerodinámicas brindan mayor tracción y en consecuencia los corredores tienen más control de su vehículo.

Una forma de simplificar el modelado de superficies es el mapeo conforme, que permite a los ingenieros la transformación de funciones del plano real al plano complejo. Una forma de realizarlo es mediante la aplicación de la Transformada de Joukowski.

Para la selección del diseño del perfil, hay que considerar obtener el mayor coeficiente de sustentación negativa, el ángulo que tendrá el alerón y el menor coeficiente de arrastre, que son los datos de mayor impacto en el desempeño aerodinámico.

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ANÓNIMO. (S.F). “THE GREATEST INNOVATIONS IN FORMULA ONE”

Recuperado de https://www.youtube.com/watch? v=4NG3qZHx1jM&list=RDCMUCR1IuLEqb6UEA_ zQ81kwXfg&start_radio=1&t=686s