Evaluación experimental de los efectos de la inyección de aire sobre un perfil aerodinámico asimétrico subsónico

Abstract

El presente trabajo de investigación evalúa experimentalmente el efecto del Control Activo de Flujo (AFC) mediante inyección tangencial de momento para mejorar el desempeño aerodinámico y mitigar el desprendimiento de la capa límite en un perfil asimétrico en flujo turbulento. Ante el incremento del arrastre de presión a altos ángulos de ataque y la penalización parásita que imponen los generadores de vórtices pasivos en la fase de crucero, este estudio emplea el suministro continuo de momento en la región de inicio del gradiente adverso de presión.

La experimentación se llevó a cabo en el túnel de viento de circuito cerrado LeMAT bajo un régimen incompresible a un bajo número de Reynolds (Re ≈ 1,0×10⁵). Se diseñó y manufacturó un modelo alar instrumentado con una matriz de orificios al 55 % de la cuerda para inyectar un flujo continuo a 20 psi, vectorizado a 65° respecto a la normal para inducir un chorro tangencial a la pared. Para homologar el comportamiento de la capa límite a condiciones operativas, se aplicó una banda de rugosidad al 5 % de la cuerda. Las cargas aerodinámicas se cuantificaron mediante una balanza ATI Gamma de seis grados de libertad, implementando un diseño de experimentos fundamentado en el re-tarado consecutivo para neutralizar las derivas instrumentales.

Los resultados evidencian que el sistema AFC modifica el balance de cargas del perfil a lo largo de la polar. A bajos ángulos de ataque, el entrañamiento viscoso (entrainment) suprime el ensanchamiento temprano de la estela provocado por la banda de rugosidad, reduciendo el arrastre de forma y anticipando el pico de máxima eficiencia aerodinámica (L/D) de 9° a 6°. Cuantitativamente, se registraron incrementos de eficiencia del 56,28 % a 3° y del 60,12 % a 6°. Sin embargo, a 9° el soplado sobre una capa límite naturalmente adherida indujo una penalización por exceso de fricción viscosa que mermó la eficiencia en un 9,64 %. En el régimen no lineal de altos ángulos, la inyección continua mitigó el desprendimiento, redujo el arrastre total entre un 7,1 % y un 8,8 % en el intervalo de 15° a 21°, elevó el coeficiente de sustentación máximo registrado a 0,6706 y generó una recuperación del 8,58 % en la eficiencia aerodinámica a los 18°.

Se concluye que el Control Activo de Flujo por soplado tangencial es una alternativa viable para modificar el rendimiento global de perfiles asimétricos en flujo turbulento, reduciendo el arrastre de forma en regímenes críticos y relocalizando el punto de máxima eficiencia hacia ángulos de ataque menores.