Piel de tiburón

Tema en 'R/C Diseño Aviones FPV & UAV' iniciado por luico, 18 Dic 2011.

  1. luico Moderator

    luico
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    Hablando el otro día con Fly_and_drean y hoy con Soyleto del tema de la aerodinamica del corcho y la fibra, en un principio ellos dos pensaban que mejor los acabados lisos y que seguramente con nuestros corchos estamos perdiendo algo de rendimiento.

    Ahora yo difiero en parte. Creo que el problema no es que la superficie no sea tan lisa, sino donde se apliquen estas rugosidades.

    Pera ello me he documentado un poco, paso a dejaros algo de lo que he encontrado googleando:



    Las bolas de golf es verdad que tienen menos resistencia si son rugosas en vez de ser lisas (hasta un cierto límite). Pero es por otra causa diferente. Al ser un cuerpo romo, las rugosidades lo que hacen realmente es mantener la capa límite adherida por más tiempo:

    [​IMG]

    Las rugosidades hacen que la capa límite transicione de laminar a turbulenta, y cuando es turbulenta cuesta más que se despegue. Al ser turbulenta, mete más fricción, pero las pérdidas por fricción son mucho menores que las que se producen por desprendimiento, por eso es más favorable en cuerpos romos poner superficies rugosas.

    Es decir, si cogemos un ladrillo y lo tiramos, nos da igual que le hayan dado un doble lacado a la superficie, va a tener practicamente la misma resistencia, porque no hay practicamente capa limite que pueda generar rozamiento por fricción.

    Esto no es así en los cuerpos fuselados, donde el desprendimiento es tardío y casi toda la superficie esta bañada por flujo adherido, con su capa límite, como un avión, un coche de carreras o un nadador profesional. Ahí el efecto de la fricción es bastante importante y supera en importancia al debido al desprendimiento (también llamado resistencia de presión), bueno a no ser que el avión esté en pérdida o algo de eso (pero ahí lo que menos nos va a importar es que resista más o menos.

    Fuente

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    lunes 2 de junio de 2008

    Biomimética

    Desde el inicio de la era "inteligente" de los seres humanos, el hombre se ha encontrado en una constante búsqueda de adaptaciones y mejoras en su vida, haciendo uso básicamente de la naturaleza y su intelecto. Alguna vez alguien trato de volar como un ave o se arropo con pieles de animales para sobresalir y adquirir características especiales, únicas, funcionales. Esto es la biomimética, un apoyo de la ingeniería que se encarga de imitar los diseños de la naturaleza para resolver diversos problemas.


    La biomimética parece sencilla. Se encuentra una característica adaptativa de seres vivos que se desee obtener en la tecnología, medios de transporte, medicina o en el desarrollo de soluciones especificas; se estudian esas características, se aplican en algún diseño y voila. Sin embargo, esto requiere su tiempo y esfuerzo por parte de diseñadores e ingenieros.

    Quien iba a pensar que aquella desesperante pero divertida telita llamada velcro, surgiera a base del estudio biomimético "sin querer queriendo" de esas pequeñas semillas que se pegan en tus pantalones y calcetines en algún parque y que cuesta mucho arrancar. El Francés, George de Mestral, fue el afortunado que desarrollo el velcro tras quitar de su perro unas de esas semillas. Creo una tela de dos partes que, por un lado, tenia el diseño de púa en gancho de la semilla y por otra parte, tenían pequeñas argollas en las que se atoraban las púas, tal y como la semilla lo hacia en las telas suaves. Así surgió el velcro, que vio utilidad en transplantes de corazones, tecnología espacial y actualmente en cualquier mochilita, morral, cartera y demás cosas.

    [​IMG] Un reciente invento de la biomimética es el traje de baño de la marca Speedo. El Speedo FastSkin es antecesor del famosisimo y actual LZR Racer, mejor conocido por ser el que permite una mayor rapidez en todo el mundo. Este traje (FastSkin) fue confeccionado con tecnología exclusiva. La tela del traje y su confeccion reducen la fricción con el agua y eliminan la adherencia del agua ya que es ultra seco. Todo esto fue disenado gracias a la piel de los tiburones, los cuales tienen unos "túneles" entre escamas que eliminan la adherencia al agua y permiten una mejor aerodinámica.

    Aunque este diseño se lanzo en 2007 y actualmente el LZR Racer permite ser mas rápido, en su tiempo, el traje permitio romper numerosos records mundiales.


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    Fuente
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    En si guarda el mismo principio que las derivas en un aleron, que sin ellas el flujo se "pierde".

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    En esta grafica se ve perfectamente en angulo de ataque al cual el perfil entra en perdida, la linea azul, va subiendo, y llega un momento que baja. pues justo antes de que empiece a bajar es el angulo al cual el perfil entra en perdida
    La linea roja es la linea de resistencia, si os fijais, conforme aumenta el angulo de ataque aumenta la resistencia, y la linea verde es el resultado de dividir la sustentacion entre la resistencia, representa la fineza del perfil, cuanto mayor sea la relacion mas rendimiento tiene el perfil, nos indica la mayor sustentacion con la menor resistencia posible, entonces para conseguir un ala que sustente lo mas posible para tener mucho downforce, frente a la menor resistencia(drag) y conseguir la mayor velocidad punta tenemos que buscar un perfil con una fineza alta.

    La resistencia total se divide en dos tipos: resist. parasita y resist. inducida.

    La resist. parasita dependera de la forma del cuerpo, esta forma nos hara que la estela se desprenda antes o despues, este desprendimiento ira muy condicionado por la forma trasera del cuerpo, de ahi que se diga que la forma trasera del coche influye mucho en la resistencia, pues si la forma trasera permite que la capa limite se desprenda mas tarde, los fenomenos de succion nos afectaran menos, esta resistencia se llama de presion.
    Tambien como hemos dicho antes nos interesa que la capa sea turbulenta, pues retrasa el punto de desprendimiento de la capa limite, esta resistencia se llama de friccion.

    Una de las formas ideales que menos resistencia tiene es la gota de agua

    [​IMG]

    Hay un pero, como dije en el post anterior la capa limite laminar ocasiona menos friccion que la turbulenta, pero aumenta la resistencia de presion, y con la turbulenta pasa justo lo contrario, entonces, cual es mejor?
    Pues depende, usemos el ejemplo de la pelota de golf, sin los hoyos el flujo seria laminar, y la capa se desprenderia muy pronto, creando mucha succion, sin embargo con los hoyuelos la capa es turbulenta, se retrasa el desprendimiento y la succion es mucho menor.

    Fuente
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    Ya hemos hablado alguna vez de las diferencias entre flujo laminar y flujo turbulento. El flujo laminar es bonito, sencillo y simple de entender; el fluido se comporta de forma ordenada, moviéndose suavemente y siguiendo los contornos de las cosas. El flujo turbulento, por el contrario, es un infierno caótico que nadie entiende demasiado bien, donde las propiedades pasan de unas zonas a otras del fluido en cualquier dirección, sin orden aparente. De hecho, el Clay Mathematics Institute ofrece una recompensa de un millón de dólares al primero que sea capaz de explicar el fenómeno de la turbulencia… o, lo que es lo mismo, a aquél que sea capaz de resolver las ecuaciones de Navier-Stokes en tres dimensiones y globalmente, sin hacer simplificaciones. Aquí el problema, por si alguno se anima.

    [​IMG]
    Pues bien, existen dos tipos de capa límite: la capa límite laminar y la capa límite turbulenta. La segunda es ligeramente más gruesa que la primera, y como el fluido se mueve en todas direcciones, disipa mayor energía, por lo que la fuerza de fricción derivada de ella es mayor. Así que, en principio, a un avión le interesa que su capa límite sea siempre laminar. Sin embargo, el que una capa límite sea laminar o turbulenta depende del tamaño del avión. Cualquier avión convencional tiene un tamaño que obliga a que la capa límite sea turbulenta, y, en realidad, los únicos aviones que son lo suficientemente pequeños como para volar en condiciones de flujo laminar son los de aeromodelismo.

    [​IMG]
    Sin embargo, una capa límite turbulenta tiene una ventaja muy importante frente a una capa límite laminar. El flujo laminar va perdiendo velocidad a lo largo de la capa límite, hasta que finalmente se para o incluso retrocede, provocando que la capa límite se desprenda y el flujo ya no siga la forma de la superficie. Este efecto es especialmente perjudicial en el ala de un avión, ya que la sustentación depende de que el flujo siga la forma del perfil del ala. El desprendimiento de la capa límite de las alas es lo que ocurre cuando se dice que el avión «entra en pérdida», es decir, deja de sustentar y cae como una piedra, y si el piloto no es capaz de hacer que la capa límite vuelva a adherirse al ala, el avión se estrellará (algo que seguramente no le hará ninguna gracia al piloto).

    [​IMG]
    Una capa límite turbulenta, en cambio, hace que parte de la energía cinética de la zona exterior (ya sabéis, la que es aproximadamente el 99% de V) se transmita al interior, estimulando el avance de las zonas de menor velocidad, por lo que el desprendimiento tarda mucho más en ocurrir, y el avión es mucho menos propenso a entrar en pérdida. Además, cuando la capa límite se desprende, la sección efectiva del objeto aumenta mucho porque el fluido no sigue su forma, de modo que la resistencia también es mucho mayor. Cuanto menor sea el desprendimiento, menor será dicha sección efectiva, y por tanto menor será la resistencia (el aire tendrá que desviarse menos para rodear el obstáculo). Así que se da la paradoja de que, con una capa límite turbulenta, muchas veces se consigue reducir bastante la resistencia aerodinámica al retrasar el desprendimiento, a pesar de que en principio parece que no debería ser así. Es debido a esto que las pelotas de golf tienen agujeros y las de tenis son peludas.


    Fuente
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    Creo que me he pasado un poco en poner fuentes :biggrin:


    Bueno, se trata de generar debate y opiniones de los expertos. :plane:
     
  2. fly_and_dream Maestro FPV

    fly_and_dream
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    Como me doy por Aludido y sabiendo que no se nada y siendo experto tambien en nada.......solo me fijo en todas las aeronaves que surcan nuestros cielos a motor o sin el y Piel de tiburon que digamos no llevan mas bien son bastante lisas sus superficies.

    Un simple Reflex en un parapente ya merma sus prestaciones de planeo y velocidad no te cuento si las telas que se empleasen no llevaran el tratamiento quimico que llevan de asiliconarse y fueran mas bastas.

    La resistencia parasitaria existe y se tiene muy muy encuenta con los materiales y diseños a la hora de la construccion de un aeromodelo.

    Es una Opinion....

    Saludos:plane:
     
  3. SoyLeto Miembro

    SoyLeto
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    Muy muy bien documentado todo, ahora a debatir el asunto.
     
  4. merss Miembro Activo

    merss
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    Las superficies en cualquier aeroplano tienen que ser lo más lisas posibles para conseguir coeficientes de fricción lo menores posibles. Eso es indiscutible. Ahora bien, puede que en ciertas zonas del avión interese generar vorticidades por algún motivo en particular.

    A parte del tratamiento de superficies para hacerlas menos rugosas, un buen diseño de la aeronave reduce en gran medida el drag. Sobretodo hay que realizar un buen diseño del ala para que se ajuste a las condiciones de trabajo del avión.

    Saludos
     
  5. PacoGomez Miembro

    PacoGomez
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    Creo que está más que estudiado que las superficies lisas en el ala, fuselaje y empenajes son de capital importancia para una mejor performance aerodinámica y para que la capa límite en el ala sea lo más laminar posible y que esta se mantenga adherida al ala, ya que una vez que esta se desprende , el avión entra en pérdida aerodinámica. Hay un tratado de aerodinámica escrito por el ingeniero aeronáutico A. Isidoro Carmona, denominado Aerodinámica y Actuaciones del Avión, que en el mismo explica al detalle la importancia de la capa límite y la influencia que tiene en la aerodinámica de cualquier avión, en cuanto a que la superficie rugosa merma las actuaciones de cualquier avión y crea una serie de turbulencias que precisamente afectan anticipando el desprendimiento de la capa límite. También habla del grosor de esta capa límite que es mayor cuanto más rugoso es el material del ala, siendo que tiene notable influencia sobre la resistencia aerodinámica.
    Los veleros de vuelo a vela se limpian una vez termina el vuelo o al inicio del mismo para quitar los insectos que suelen estrellarse en el borde de ataque del ala, ya que ello condiciona la fineza del perfil al interferir precisamente facilitando el desprendimiento de la capa límite.
    La prueba de la diferencia entre que tiene una superficie lisa y otra rugosa la podemos observar claramente en un cauce de agua, siendo que la capa límite es la intermedia entre el agua que circula a gran velocidad por el centro del cauce y el agua que va reduciendo su velocidad a medida que fricciona con el borde del canal. Cuanto más rugosidad la capa límite es más gorda, cuanto más lisa sea la pared, la capa límite tiene menos fricción y es más delgada.
    En aeromodelismo se visualiza claramente sin necesidad de hacer ninguna ecuación, ni cálculo de ingeniería, la evidencia de una configuración en donde las superficies son lisas, pulidas y limpias. Cuanto mejor aerodinámica el avión necesita menos potencia para mantener el vuelo y la velocidad que se obtiene es mayor, por lo tanto si influye positivamente las superficies lisas con respecto a otras rugosas. :plane:
     
  6. juanvivo Maestro FPV

    juanvivo
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    Como curiosidad, comentaros que hace tiempo vi un capítulo de "los cazadores de mitos" en el que comparaban el consumo (me parece recordar) de un coche normal y el mismo coche pero modificado en Su superficie con una textura de pelota de golf. El de la textura de golf consumía menos...
     
  7. jose3f Miembro

    jose3f
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    Buscar información sobre el Número de Reynolds creo que os ayudará a entender porque un ala de avión "grande" funciona siempre mejor que la de uno pequeño,

    y porqué los aviones de F3P (indoor) no necesitan alas con perfil,

    y porqué los coeficientes de planeo de un velero real moderno puede estar en 1:50 y los veleros de aeromodelismo andan por 1:15,

    y porqué el Easy Glider vuela tan bien,

    y porqué NO ES VERDAD que en aeromodelos las superficies deban estar lisas y pulidas,

    y .....

    Las fuerzas que intervienen en el movimiento de las partículas de aire alrededor de un objeto, son de distinta naturaleza.
    Pero las dos mas importantes son las de inercia ( las debidas a las aceleraciones) y las debidas a la viscosidad del aire.

    El número de Reynolds indica la relación entre estos dos tipos de fuerzas y la influencia del tamaño y la velocidad en el comportamiento de un perfil.

    Saludos.
     
  8. merss Miembro Activo

    merss
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    Eso tiene explicación simple: Detrás del coche se produce una "bolsa" de aire a menor presión que el aire circundante, por lo que genera una fuerza en sentido opuesto al desplazamiento del vehículo. Si reducimos esa "bolsa" o aumentamos su presión (o las dos cosas), conseguimos una menor fuerza contraria al avance, lo que supone que el motor tiene que ofrecer menos potencia y por tanto disminuye el consumo.

    En la recopilación de artículos de luico tienes ejemplos, uno precisamente de un coche, aunque el que mejor lo explica es el de la pelota de golf.
     
  9. ASRASR Gurú FPV

    ASRASR
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    Bueno, lo primero Luico darte la enhorabuena por el documento. Impresionante.
    Lo segundo prometer que cuando me compre el camión para llevar todos los trastos le pondré un AIR TAB de esos :laugh:
    En realidad creo que todos hablamos de lo mismo. Está claro que una superficie cuanto más lisa sea menos rozamiento tiene. Y que cuanto más delgado es su perfil tambien. Por lo tanto la sustentación que genera un avión produce rozamiento y por lo tanto limita el avance. Por ello da lo mismo como lo consigamos, si buscamos un perfil muy sustentador generará mayor resistencia y por lo tanto menor avance... eso sí la velocidad de pérdida será menor, tambien la VNE.
    Lo contrario ocurrirá con un perfil plano... más velocidad menos sustentación a igual velocidad.
    Creo que lo nuevo aquí es la forma de generar ese incremento de sustentación y por ende la reducción de velocidad. Estamos acostumbrados a realizarlo con cambios de perfiles y aquí se habre una nueva vía, CON CAMBIO DE TEXTURAS.
     
  10. LuisFPV Miembro

    LuisFPV
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    Luico, es impresionante la documentación que aquí nos has dejado. Sobre todo en la molestia de ponerla para que todos nos esforcemos más si cabe y aumentemos nuestra cultura aeronáutica.
    Bueno.. Luico y a todos los que participan.

    ENHORABUENA. :worthy:

    ..pero humildemente, no alcanzo a entender, si todo eso es verdad y que no lo dudo, el por qué no se aplica a la realidad.

    Es decir, el predator pequeño (el cual tuve la suerte de poder admirar en EEUU) no tiene la superficie rugosa.. y la aerodinámica es impresionante. Los bordes de fuga parecen cuchillas y el ajuste de las superficies practicables y móviles es de nota. Si la teoría fuese correcta, ¿por qué no se sigue?

    Quizás al tener relacción la capa límite con la velocidad, y nuestros modelos en el mayor tiempo no excedan de 50 km/h.. ¿no será eso el por qué de la cuestión?

    Me alegro muchísimo de encontrar este hilo. Gracias de nuevo.
    :rolleyes:
     
  11. juan ruiz Moderator

    juan ruiz
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    Dentro de mi humilde opinion,yo tampoco soy un experto en el tema pero he diseñado muchos aviones y se que si pones un perfil grueso el avión es mas floton y corre menos y ganas en sustentación.

    Cuando todos los aviones los lacan sera por algun motivo,he visto pocos rugosos.

    En cambio si lo pones muy fino corre muchisimo mas y es mas critico en la sustentación.

    He estado hace años metido en las lanchas de carreras FSR y puedo confirmar que cuando el acabado era la mano de tapaporos que era un poco rugoso hasta el lijado,no corrian tanto como una vez lijada y lacada su comportamiento era diferente.

    El agua se pegaba en el casco por su rugosidad y corria menos en cambio cuando la lijabas y lacabas le sacabas mas rendimiento iva un poco mas rapida.

    Sobre las pelotas de golf yo siempre he pensado que son asi para el golpe que le das para que salgan mas rectas,si fuesen como las de pin pon,no la controlarias igual,si fuesen lisas seria mucho mas dificil mandarlas donde tu quieres.


    Saludos
     

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