Simulación del Flujo Alrededor de un Perfil ALAR NACA 4415 con un Flap Tipo Gurney

Abstract

Modificar geométricamente perfiles alares, para obtención de variaciones en los coeficientes aerodinámicos característicos de cada perfil, es una herramienta que permite desarrollar mecanismos más simples de mejoramiento de la eficiencia de los mismos. El Flap tipo Gurney es un dispositivo muy simple que sirve para este fin y que es ampliamente utilizado en automóviles de carreras y con un buen potencial para aplicaciones aeronáuticas especialmente a bajo número de Reynolds como por ejemplo en vehículos no tripulados (Unmanned Aerial Vehicles – UAV). En el presente estudio se desarrollaron una serie de simulaciones computacionales utilizando el software ANSYS/FLUENT 12.0, para la determinación de los coeficientes aerodinámicos característicos de un perfil alar NACA 4415, con un Flap tipo Gurney cerca al borde de fuga. Las simulaciones fueron realizadas a un numero de Reynolds de 9x10^(5) con variación de ángulos de ataque entre -3° y 6°, para estas condiciones de flujo dos parámetros geométricos del Flap fueron estudiados: Su ubicación y su longitud. En el caso de la ubicación, tres diferentes posiciones fueron implementadas sobre lado de presión del perfil: 90%, 95% y 100% de la cuerda, mientras que dos tamaños diferentes de Flaps fueron utilizados: 1% y 1.5% de la cuerda. La efectividad del Flap se cuantifico por el cambio de los coeficientes de sustentación, momento y arrastre respecto al caso base (sin Flap) para diferentes combinaciones de los parámetros de la simulación nombrados anteriormente. Con el uso de un Flap tipo Gurney se observo un incremento de la eficiencia aerodinámica del perfil, a través del aumento de la relación entre sustentación y arrastre. Se consiguió la mejor situación de incrementos con la ubicación del Flap a 100% de la cuerda y con un tamaño de Flap de 1,5%, observando incrementos en los coeficientes de sustentación entre 37% y 43%, de momento entre 8% y 10%, y de arrastre entre 0.1% y 1.4%, para ángulos de -3° y 6° respectivamente. Además de los efectos del Flap en el desempeño aerodinámico del perfil, también se analizaron los efectos del Flap en flujo alrededor del perfil en especial en las estructuras de vorticidad formadas en la proximidad del Flap.