GRADO EN INGENIERA AEROESPACIAL INGENIERA INVERSA ESTUDIO DE

GRADO EN INGENIERÍA AEROESPACIAL INGENIERÍA INVERSA: ESTUDIO DE MEJORA AERODINÁMICA DE LA PALA DEL ROTOR DEL HELICÓPTERO BO 105. Autor: PABLO MORENO FERRER Tutor: José Enrique Priego de los Santos 1

INTRODUCCIÓN Figura 1. Láser escáner Figura 2. Aplicación del láser escáner en Ing. Aeronáutica 2

ÍNDICE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Objetivos Mediciones con láser escáner Metodología Análisis con Ansys Fluent Análisis con Túnel de viento Resultados y Comparaciones Conclusiones Presupuesto 3

OBJETIVOS 1. Aplicar la tecnología láser de escaneado tridimensional a la industria aeronáutica. 2. Constatar esta aplicación mediante un proceso de ingeniería inversa: estudio aerodinámico de la pala del rotor del helicóptero BO 105. 3. Razonar y comparar estos estudios mediante dos procedimientos: Ansys Fluent y el Túnel de viento. 4

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SISTEMAS LÁSER ESCÁNER 3 D Muestrea cualquier superficie u objeto utilizando tecnología láser: nube de puntos. Figura 3. Láser escáner 3 D 6

Scan. Station 2 Figura 4. Scan. Station 2 Scan. Station P 40 Figura 5. Scan. Station P 40 7

COMPARACIÓN ENTRE LOS DIFERENTES MODELOS Scan. Station 2 Scan. Station P 40 PRECISIÓN 4 -6 mm. 1. 2 -3 mm. VELOCIDAD 50. 000 puntos/sec. 1. 000 puntos/sec. ALCANCE 300 metros. 270 metros (versión industrial). ALIMENTACIÓN Red eléctrica. 2 baterías internas (> 5. 5 h). DIMENSIONES 265 mm x 370 mm x 510 mm. 238 mm x 358 mm x 395 mm. PESO 18. 5 kg. 12. 25 kg. CONTROL Ordenador portátil. Pantalla integrada. CÁMARA 1 megapíxel por cada imagen 24º x 24º. 4 megapíxeles por cada imagen de 17º x 17º. Tabla 1. Comparación escáneres diferentes 8

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METODOLOGÍA Planificación Preparación de los datos Registro Postprocesado de datos CYCLONE Postprocesado de datos 3 DReshaper 10

POSICIONES ÓPTIMAS DEL ESCÁNER PARA EL HELICÓPTERO B 0 105 ÁREA A LEVANTAR OBJETIVO Scan. Station 2 Scan. Station P 40 Figura 6. Helicóptero BO 105 Figura 10. Posicionamiento del escáner. Scan. Station P 40 Figura 7. Pala de rotor del Helicóptero BO 105 Figura 8. Hangar. Universidad Politécnica de Valencia (ETSID) Figura 9. Posicionamiento del escáner. Scan. Station 2 11

METODOLOGÍA Planificación Preparación de los datos Registro Postprocesado de datos CYCLONE Postprocesado de datos 3 DReshaper 12

TOMA DE DATOS Figura 12. Tratamiento de datos. Uso de dianas 13

METODOLOGÍA Planificación Preparación de los datos Registro Postprocesado de datos CYCLONE Postprocesado de datos 3 DReshaper 14

REGISTRO Proceso mediante el cual se pueden unificar todos los barridos, estableciendo el mismo sistema de referencia para todos ellos. Figura 13. Dianas reales Figura 14. Registro 15

METODOLOGÍA Planificación Preparación de los datos Registro Postprocesado de datos CYCLONE Postprocesado de datos 3 DReshaper 16

POSTPROCESADO DE DATOS CYCLONE Figura 16. Escaneado globaldel delhelicóptero. BO BO 105 con con. Cyclone Figura 15. Fotografias 17

METODOLOGÍA Planificación Preparación de los datos Registro Postprocesado de datos CYCLONE Postprocesado de datos 3 DReshaper 18

POSTPROCESADO DE DATOS 3 DRESHAPER Figura 17. Postprocesado del helicóptero BO 105 con 3 DReshaper 19

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ANÁLISIS CON ANSYS FLUENT Perfil NACA 23012 Helicóptero BO 105 Figura 18. Mallado de la pala en Ansys Fluent. 21

Estudio de la eficiencia alar en los diferentes regímenes de vuelo Simulación 1 Simulación 2 Ángulo de ataque constante 0º Velocidad Ángulo de ataque constante 5º Temperatura Mach Densidad Presión K Velocidad Pa Mach Temperatura Densidad Presión K Pa 0. 117 144 40 298 1. 2254 101300 0. 165 204 56. 67 298 1. 2254 101300 0. 196 242 67. 22 298 1. 2254 101300 Tabla 2. Simulación 1 con ángulo de ataque 0º Tabla 3. Simulación 2 con ángulo de ataque 5º Simulación 3 Simulación 4 Ángulo de ataque constante 20º Ángulo de ataque constante 15º Velocidad Temperatura Mach Densidad K Velocidad Presión Pa Mach Temperatura Densidad Presión K Pa 0. 117 144 40 298 1. 2254 101300 0. 165 204 56. 67 298 1. 2254 101300 0. 196 242 67. 22 298 1. 2254 101300 Tabla 4. Simulación 3 con ángulo de ataque 15º Tabla 5. Simulación 4 con ángulo de ataque 20º 22

ÍNDICE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Objetivos Mediciones con láser escáner Metodología Análisis con Ansys Fluent Análisis con Túnel de viento Resultados y Comparaciones Conclusiones Presupuesto 23

ANÁLISIS CON TÚNEL DE VIENTO Simulaciones en el Túnel de viento Ángulo de ataque α Velocidades 0 2 Figura 19. Túnel de viento 4 6 8 Principal objetivo del túnel de viento es comparar los resultados obtenidos con Ansys Fluent. 25 32 40 10 12 15 18 Tabla 6. Simulaciones en el túnel de viento 24

¿QUÉ QUEREMOS CONSEGUIR CON ESTOS ANÁLISIS? SUSTENTACIÓN O LIFT ü FUERZAS AERODINÁMICAS RESISTENCIA O DRAG ü LÍNEAS DE CORRIENTE DESPRENDIMIENTO DE LA CAPA LÍMITE ü COEFICIENTES AERODINÁMICOS ADIMENSIONALES VENTAJAS Se trata de un régimen subsónico, donde podemos considerar flujo incomprensible. Facilita enormemente los cálculos. 25

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RESULTADOS Tabla 8. Resultados de coeficientes obtenidos en el análisis del túnel de viento 27

RESULTADOS ANSYS FLUENT Eficiencia Aerodinámica vs Ángulo de ataque Cl vs. Cl Ángulo de ataque Cd vs Mach Cd vs Ángulo de ataque 14 1. 2 0. 35 12 1 1 10 0. 8 Cl. Cl 0. 6 0. 4 0. 2 0 0 0. 35 0. 3 Velocidades Ángulos de ataque 0. 25 8 Ao. A 400ºm/s 6 Ao. A 56. 67 5º m/s Cd Cd Eficiencia Aerodinámica 1. 2 20 5 0 40 60 10 15 0 Mach Ángulo de ataque 40 m/s. Ao. A 0º 56. 67 Ao. A m/s 5º 56. 67 m/s 67. 22 Ao. A 15º Ao. A 20º 0. 1 Ao. A 20º 2 0 0 0. 2 0. 15 Ao. A 67. 22 15º m/s 4 Ángulos de ataque Velocidades 0. 05 20 5 80 25 10 Ángulo de ataque 15 0 0 205 20 40 10 Mach 25 15 Ángulo de ataque 60 20 80 25 Gráfica 1. Coeficiente de sustentación en Gráfica función del. Eficiencia ángulo de. Aerodinámica ataque Gráfica 2. ángulo Coeficiente de resistencia en función del ángulo de ataque Gráfica 4. Coeficiente de resistencia en función del Mach 3. Coeficiente de sustentación en función del Mach 5. en función del de ataque 28

RESULTADOS TÚNEL DE VIENTO Eficiencia Aerodinámica vs Ángulo de ataque Cl vs Ángulo de ataque Cd vs Ángulo de ataque Cl 35 vs Mach Cd vs Mach 0. 8 30 0. 6 0. 5 Cl 0. 4 0. 3 0. 2 0. 1 Ao. A 0º 25 Ao. A 2º 25 m/s Ao. A 6º 15 32 m/s Ao. A 8º 40 m/s Ao. A 10º 10 Ao. A 12º 0. 1 5 0 10 5 100 30 20 0 Ángulo de ataque Mach Ao. A 0º Ao. A 2º Velocidades 0. 08 Velocidades Ao. A 4º 20 Ángulo de Velocidades Ao. A 4º 0. 06 Cd Cd Eficiencia Aerodinámica 0. 7 0 0. 12 Ángulo de ataque 0. 04 25 m/s Ao. A 6º 25 m/s 32 m/s Ao. A 8º 32 m/s 40 m/s Ao. A 10º 40 m/s Ao. A 12º 0. 02 Ao. A 15º 2 15 40 4 50 20 6 Ao. A 18º 8 10 12 Ángulo de ataque 00 00 14 16 10 5 18 20 30 10 Mach 20 Ángulo de ataque 15 40 Ao. A 18º 50 20 Gráfica 6. Coeficiente de sustentación en función del ángulo de ataque Gráfica 9. Coeficiente de resistencia en función del Mach Gráfica 7. ángulo Coeficiente de resistencia en función del ángulo de ataque Gráfica 8. Coeficiente de sustentación en 10. función del Mach Gráfica Eficiencia Aerodinámica en función del de ataque 29

COMPARACIÓN ENTRE ANSYS FLUENT Y EL TÚNEL DE VIENTO LÍNEAS DE CORRIENTE Cl vs Ángulo de ataque - 40 m/s Cd vs Ángulo de ataque - 40 m/s 0. 9 0. 35 0. 8 0. 3 0. 7 0. 25 0. 6 Métodos 0. 5 Ansys Fluent 16 0. 4 Túnel de viento 0. 3 Cd Cl 0. 2 Ansys Fluent 16 0. 15 Túnel de viento 0. 1 Figura 20. Líneas de corriente del perfil NACA 23012 para 0. 05 diferentes ángulos de ataque y velocidades 0. 2 0. 1 0 0 5 10 15 Ángulo de ataque 20 25 Gráfica 11. Cl en función del ángulo de ataque – 40 m/s 0 0 5 10 15 Ángulo de ataque 20 25 Gráfica 12. Cd en función del ángulo de ataque – 40 m/s Figura 21. Desarrollo del flujo a lo largo del perfil NACA 23012 30

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CONCLUSIONES ü Se verifica que el láser escáner es válido para la realización de problemas de ingeniería inversa en la industria aeronáutica. ü El escáner Scan. Station. P 40 tiene mejores prestaciones que el Scan. Station 2. ü Flujo incompresible ya que en este régimen de vuelo, el Mach es inferior a 0. 3. ü Entrada en pérdida debida al desprendimiento de la capa límite en torno a los 14º de ángulo de ataque. ü Discrepancias en las comparaciones 40 m/s. (matriz de calibración, modelo de turbulencia, imprecisión de la malla, etc. ). ü Pala del helicóptero BO 105. ACTUACIONES BUEN COMPORTAMIENTO MAL COMPORTAMIENTO Régimen subsónico bajos (25 -60 m/s) Régimen subsónico altos (velocidades > 70 m/s) Ángulos de ataque moderados (5º-13º) Ángulos de ataque superiores (α> 15º) Sustentación creciente. Resistencia estable. Sustentación disminuye. Resistencia aumenta exponencialmente. Tabla 9. Actuaciones de la pala del rotor del helicóptero BO 105 32

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PRESUPUESTO CONCEPTO IMPORTE Mano de obra 50, 110 € Mano de obra 10, 523. 1 € Equipo Scan. Station 2 1, 148 € Scan. Station P 40 180 € Equipo Scan. Station 2 241. 1 € Scan. Station P 40 37. 8 € Adquisición de Licencias 1, 131 € Adquisición de Licencias 0 € Material Fungible 195 € Material Fungible 40. 95 € Subtotal ( € ) 52, 764 € Subtotal ( € ) 10, 843 € Tabla 10. Presupuesto Global del proyecto sin IVA Tabla 11. Impuesto sobre el Valor Añadido CONCEPTO IMPORTE Presupuesto Global del proyecto sin IVA 52, 764 € I. V. A 10, 843 € Presupuesto Global del proyecto con IVA ( € ) 63, 607 € Tabla 12. Presupuesto global del proyecto 34

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