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Disertación de Maestría
DOI
10.11606/D.18.2016.tde-26072016-104731
Documento
Autor
Nombre completo
David Orlando Diaz Izquierdo
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Carlos, 2015
Director
Tribunal
Catalano, Fernando Martini (Presidente)
Ceron Muñoz, Hernan Dario
Souza, Leandro Franco de
Título en portugués
Análise experimental do efeito aerodinâmico de dispositivos de asa e ponta de asa em uma aeronave tipo "Blended Wing Body"
Palabras clave en portugués
Blended Wing Body
C-wing
Wing Fences
Winglet
Resumen en portugués
Este trabalho tem por objetivo analisar o comportamento aerodinâmico de dispositivos de ponta de asa e Fences acoplados em uma aeronave Blended Wing Body (BWB) através de testes em túnel de vento. A BWB é um projeto de aeronave alternativo que faz parte do conceito de aeronaves sustentáveis. O Laboratório de Aeronaves da Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, vem realizando uma série de pesquisas sobre este assunto. Em trabalhos anteriores com o modelo BWB foram observados a presença tanto de um escoamento transversal na parte externa quanto um forte vórtice no meio do modelo. A fim de melhorar o primeiro protótipo o Droop, bem como um arranjo de três Fences foram adicionados no modelo BWB. Além disso, os dispositivos Winglets e C-wing foram considerados neste estudo. Entre o desenvolvimento de aeronaves, vários dispositivos têm sido estudados e implementados em aeronaves convencionais. Estes tem várias vantagens, tais como a melhoria da eficiência aerodinâmica e a redução do arrasto induzido e efeitos positivos no rendimento do avião. Os dispositivos de ponta da asa criam uma força aerodinâmica em que um do seus componentes atua na direção do voo, esta também pode contribuir para a redução da intensidade dos vórtices nas pontas da asa, reduzindo o arrasto induzido. Pesquisas em aeronaves não convencionais mostraram que BWB poderia ter melhores características aerodinâmicas do que uma aeronave convencional. Aindústriaaeronáuticaestáprocurandoareduçãodoscustosoperacionais,bemcomo a adaptação das aeronaves para a restrição legislativa das emissões de gases e poluição sonora. Nas últimas décadas, esta redução não teve uma melhora significativa em termos de valores absolutos para configurações convencionais, isso fez com que novas e mais eficientes configurações têm sido estudadas. A interferência dos diferentes dispositivos no modelo BWB foram analisados em teste em túnel de vento. Os experimentos foram realizados no Laboratório de Aeronaves da Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. Foi utilizado um túnel de vento fechado com uma seção de teste de 1.7x1.3x3 [m]. O ângulo de ataque foi variado desde -4º a 20º e Re = 390.000. Os resultados mostram que os dispositivos nas pontas da asa melhoraram o desempenho da aeronave, bem como a eficiência aerodinâmica. Com relação aos Fence este comportamento não foi observado. Entre tanto, em ângulos elevados a eficiência foi aumentada. Através da técnica de visualização oil flow observou-se que o escoamento sobre a asa foi redirecionado diminuindo o coeficiente de arrasto em ângulos de ataque elevados.
Título en inglés
Experimental analysis of the aerodynamic effect of the wing and wing tip devices on a "Blended Wing Body"
Palabras clave en inglés
Blended Wing Body
C-wing
Wing Fences
Winglet
Resumen en inglés
This work aims to analyze the aerodynamic behavior of wingtip devices and Fences coupled on a Blended Wing Body aircraft (BWB) through wind tunnel tests. The BWB is an alternative of airship design which makes up part of the Green aircraft concept. The Aircraft Laboratory of the School of Engineering of São Carlos-University of São Paulo has been carrying out a lot of research into this subject. In previous works with a BWB model, the presence both of a cross flow on the external part and a stronger vortex in the middle of the model have been observed. In order to improve the first prototype a Droop as well as an arrangement of three Fences were added on the BWB model. Furthermore the Winglets, C-wing devices were considered in this study. Among the aircraft development, several devices have been studied and implemented in conventional aircraft. These ones had several advantages such as improving the aerodynamic efficiency and induced drag reduction and getting positive effects on aircraft performance. The wingtip devices create an aerodynamic force in which one of this components acts in the flight direction, also these can contribute to the reduction of the wingtip vortices strength, reducing the induced drag. Researches in non conventional aircraft has shown that BWB could have better aerodynamic characteristics than a conventional aircraft. The aeronautical industry is looking for the reduction of direct operational cost, as well as the adaptation of aircrafts to the demanding legislative restriction of gas emissions and noise pollution. In the last few decades this reductions has not had a significant improvement in terms of absolute values for conventional configurations, this has meant that new and more efficient configurations have been studied. The interference of the different devices on the BWB model were analyzed in wind tunnel test. The experiments were carried out in the Aircraft Laboratory of the School of Engineering of São Carlos-University of São Paulo. A closed wind tunel with a section work of 1.7x1.3x3 [m] was used. The angle of attack was varied from -4º to 20º and Re = 390.000. The results shows that the wing tip devices improved the aircraft performance as well as the aerodynamic efficiency. Regarding the Fences this behavior was not observed. However, at higher angles the efficiency was increased. Through oil flow visualization it was observed that the flow over the wing was redirected decreasing the drag coeficient at higher attack angles.
 
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Fecha de Publicación
2016-07-28
 
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