Conjunto soporte-maqueta de mínima interferencia aerodinámica para ensayos en régimen transónico en túnel de viento que comprende dos piezas principales:

un brazo sustancialmente paralelo al eje longitudinal de la maqueta y una hoja .El soporte se conecta a la maqueta por medio de la hoja, siendo la maqueta tal que emula un avión. El brazo del soporte comprende una prolongación, que se extiende horizontalmente a la altura de una zona frontal del fuselaje de la maqueta, desde donde comienza la hoja y hasta sobrepasar la altura a la cual la hoja se conecta con la maqueta, de forma tal que el área de la sección de corte de la prolongación se obtiene al aplicar el principio aerodinámico de la Regla del Área al conjunto brazo-hoja-maqueta-prolongación

Conjunto soporte-maqueta de mínima interferencia aerodinámica para ensayos en régimen transónico en túnel de viento.

Objeto de la invención

La presente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, tiene por objeto proporcionar un conjunto soporte-maqueta que minimice la interferencia aerodinámica para ensayos en régimen transónico en túnel de viento, particularmente un túnel de viento en condiciones criogénicas, para maquetas que emulan un avión, particularmente el empenaje y/o las alas de un avión.

Campo técnico de la invención

La presente invención se engloba dentro de la industria aeronáutica, en el campo técnico de los sistemas de medición de propiedades aerodinámicas de objetos, particularmente de maquetas que emulan al menos el empenaje y/o las alas de un avión, expuestas a un flujo de aire en un túnel de viento, preferentemente criogénico.

Concretamente, la presente invención fue concebida para el sector de los sistemas usados para compensar los efectos del conjunto soporte-maqueta sobre las mediciones aerodinámicas en la maqueta, siendo la maqueta aquella que emula, preferentemente, el empenaje y/o las alas de un avión y siendo las condiciones del ensayo preferentemente criogénicas.

Estado de la técnica anterior a la invención

En el diseño de los elementos que componen un avión, tales como fuselaje, alas, timones, etc., es preciso conocer las propiedades aerodinámicas de cada componente. A lo largo de la presente descripción se entenderá como fuselaje el cuerpo principal del avión al que se sujetan las alas y las colas, y que está diseñado en 3 partes: parte frontal de forma casi ovalada, parte media de sección casi cilíndrica y parte posterior de forma cónica.

A la vista del gran tamaño de los aviones, los ensayos aerodinámicos se realizan con maquetas que reproducen, a escala, la totalidad, o al menos parte, del avión. Dichas maquetas se someten a ensayos en un túnel de viento.

El soporte conocido para este tipo de maquetas suele ser al menos un "estilete" principal, consistente en un brazo que se extiende en el túnel de viento en dirección contraria al flujo de la corriente de aire y que por su extremo frontal está acoplado a la parte trasera de la maqueta (Fig. 1a).

El comportamiento aerodinámico del empenaje, es decir de la cola, del avión es especialmente relevante. Por lo tanto, dado que el soporte tipo "estilete" principal se acopla precisamente en la parte trasera de la maqueta, es decir en la cola del avión, la presencia de dicho soporte de estilete principal influirá en las mediciones efectuadas, lo cual puede llevar a datos erróneos en las mediciones.

Para obtener mediciones sobre el comportamiento aerodinámico del empenaje se suele usar otro tipo de soporte para la maqueta que consiste en dos brazos gemelos, simétricamente situados respecto al plano de simetría del avión, que se sujetan en la misma posición en cada ala de la maqueta (Fig. 1b). Este tipo de soporte deja libre la parte trasera (empenaje) de la maqueta, pero a cambio modifica la geometría del ala durante la medición en el túnel de viento porque limita su deformación y puede tener un efecto de proximidad en el empenaje.

Esto es así dado que, cuando el viento circula alrededor de un objeto, trata de adaptarse a la forma de dicho objeto cambiando de dirección, pero este cambio de dirección no afecta sólo al viento que "baña" directamente al objeto, sino que se propaga a lo largo del volumen alrededor, perturbando la dirección de otras zonas del viento. Esta perturbación disminuye de intensidad al alejar el objeto, por lo tanto al colocar un soporte (objeto) adosado a una maqueta, hay un efecto de proximidad que es el que se pretende mitigar.

Así, para compensar este efecto de proximidad en el empenaje existe otro tipo de soportes que sujetan a la maqueta desde el fuselaje, en su parte media-posterior, bien en el área superior (Fig. 1e) o bien en el área inferior (Fig. 1d) de la misma. Sin embargo, este tipo de soportes puede producir una interferencia muy elevada en las alas y en el empenaje, especialmente cuando se ensayan a altas velocidades, es decir velocidades hasta Mach 0,97 y número de Reynolds de hasta 38 millones.

Además, dado que, como se dijera anteriormente, la maqueta para ensayos no puede tener el mismo tamaño que un avión real porque sería necesario construir un túnel de viento de mayor tamaño que el propio avión real, el comportamiento aerodinámico del viento alrededor de la maqueta pierde similitud con el comportamiento que tendrá el viento alrededor de un avión real.

Por lo tanto, era deseable obtener un conjunto soporte-maqueta para ensayos en túneles de viento que superara estos inconvenientes, es decir:

- que permitiera obtener datos más precisos de medición, es decir sin interferencias, o lo que es lo mismo, que minimice los efectos aerodinámicos,

- que pudiera ser usado tanto para mediciones del comportamiento aerodinámico del empenaje como de las alas, y

- que minimizaran la pérdida de similitud entre el comportamiento aeronáutico del viento alrededor de la maqueta con el que tendrá alrededor de un avión real.

Adicionalmente a los soportes conocidos mencionados anteriormente, se conoce en la técnica anterior la solicitud de Patente ES200500027 que describe un sistema para compensar el efecto de los estiletes sobre las mediciones aerodinámicas en los empenajes de las maquetas, realizadas en un túnel de viento. Este documento describe un soporte con un estilete principal que se acopla por su parte trasera a una maqueta que emula al menos el empenaje y ala del avión, así el soporte descrito por este documento entra en la maqueta a través del fuselaje trasero, muy cerca de las colas y con la consiguiente influencia (muy alta) por proximidad.

Dicha invención cuenta, además, con un estilete secundario (gemelo) dispuesto de manera axial y sustancialmente paralelo al estilete principal, el estilete gemelo cuenta además con un extremo libre enfrentado a un área de medición en la parte trasera del ala de tal manera que permite determinar los efectos que la presencia del estilete secundario (o gemelo) tiene sobre los datos aerodinámicos y por lo tanto permite depurar los datos aerodinámicos para que pueda discriminarse el efecto de la presencia del estilete secundario (o gemelo). Es decir que el soporte secundario, está puesto ahí únicamente para medir el efecto que produciría un soporte igual, al conectarlo físicamente a la maqueta y retirar el otro, que es el que entra por la parte trasera del fuselaje.

Dicho tipo de soporte no está diseñado para ambiente criogénico, donde aparecen fuerzas muy superiores a las que aparecen en un ensayo en condiciones ambientales y por lo tanto podría romperse durante ensayos en condiciones criogénicas.

Descripción de la invención

La presente invención tiene por objeto proporcionar un conjunto soporte-maqueta para ensayos en régimen transónico en un túnel de viento que permita realizar mediciones con mínima interferencia aerodinámica, que pueda ser usado para mediciones del empenaje y de las alas de un avión, y en condiciones criogénicas de ensayo. Los soportes citados en la técnica anterior también tienen sus homólogos en condiciones criogénicas pero con los inconvenientes asociados a su diseño y posición en la maqueta mencionados anteriormente, por ejemplo de proximidad, o perturbando la deformación de las alas.

Cuando se realiza un ensayo en condiciones criogénicas se busca una calidad muy alta para los resultados y por lo tanto los inconvenientes que presentan los soportes anteriores reducen la calidad de la medición, por lo tanto los datos no son tan buenos como podrían ser.

Así, la pérdida de similitud entre el comportamiento aerodinámico del viento alrededor de una maqueta con el que tendrá alrededor de un avión real, puede compensarse subiendo la presión del aire en reposo hasta preferentemente presiones del orden de los 4 bares y reduciendo la temperatura del viento alrededor de la maqueta hasta condiciones criogénicas, es decir preferentemente del orden de los -160ºC (160ºC bajo cero).

Esta reducción de temperatura obliga a eliminar todo el aire del interior del túnel y sustituirlo por gas nitrógeno puro en estado gaseoso. Por lo tanto, los ensayos en condiciones criogénicas solo se pueden realizar en un número muy limitado de instalaciones en todo el mundo,...

1. Un conjunto soporte-maqueta de mínima interferencia aerodinámica para ensayos en régimen transónico en túnel de viento que comprende dos piezas principales, siendo dichas piezas un brazo (2), sustancialmente paralelo al eje longitudinal de la maqueta (4), y una hoja (1) integradas describiendo un ángulo obtuso en el sentido dextrogiro brazo-hoja, estando el soporte conectado a una maqueta (4) por medio de la hoja (1), y siendo la maqueta tal que emula un avión, el conjunto soporte-maqueta está caracterizado porque el brazo (2) comprende una prolongación (3), cuyo eje longitudinal se extiende paralelamente al eje longitudinal del fuselaje de la maqueta (4), a la altura de uña zona frontal (5) del fuselaje de la maqueta (4), desde donde comienza la hoja (1), es decir en su unión al brazo (2) y a la prolongación (3), y hasta sobrepasar su conexión con la maqueta (4), es decir su unión a la zona frontal del fuselaje, de forma tal que el área de la sección transversal de la prolongación (3) del brazo (2) se obtiene por aplicación de la Regla del Área al conjunto brazo(2)-hoja(1)-maqueta(4)-prolongación(3), haciéndose variar la sección transversal de la prolongación (3) en la aplicación de dicha Regla de manera que el área de la sección transversal del conjunto brazo(2)-hoja(1)-maqueta(4)-prolongación(3) en un eje x permanece constante, siendo el eje x aquel definido con origen en el extremo de la prolongación (3), dirección paralela al eje longitudinal de la maqueta (4), es decir paralelo también al eje longitudinal del brazo (2) y de la prolongación (3), y sentido positivo hacia el comienzo del brazo (2).

2. El conjunto soporte-maqueta de mínima interferencia aerodinámica para ensayos en un túnel de viento según la reivindicación 1, caracterizado porque el brazo (2), la hoja (1) y la prolongación (3) están construidos en acero de alta resistencia, apto para condiciones criogénicas.

3. Uso del conjunto soporte-maqueta definido en la reivindicación 1, para realizar ensayos en el empenaje y en las alas de la maqueta (4) a la vez.

4. Uso del conjunto soporte-maqueta definido en la reivindicación 1, para ensayos en túneles de viento a temperatura ambiente.