Diseño y análisis aerodinámico del rotor de una turbina RAT de un avión comercial
Bolaños Vera, Miguel Ángel
Diseño y análisis aerodinámico del rotor de una turbina RAT de un avión comercial [recurso electrónico] / Miguel Ángel Bolaños Vera ; director, Alejandro Sebastián Ortiz Pérez ; codirector, Emmanuel Santiago Durazo Romero - Mexicali Baja California, 2024 - 1 recurso en línea, 103 p. ; il. col., gráficas, fots.
Maestría y Doctorado en Ciencias e Ingeniería
Tesis (Doctorado) - - Universidad Autónoma de Baja California, Facultad de Ingeniería, 2024
Incluye referencias bibliográficas
La turbina eólica RAT (Ram Air Turbine), es un pequeño aerogenerador que
funciona únicamente en casos de emergencia cuando los motores de la aeronave dejan
de funcionar de manera adecuada y no generan la energía necesaria. La RAT funciona
comúnmente a una velocidad mínima de 41 m/s generando arriba de 5 kW, por debajo
de esa velocidad no produce la energía necesaria para mover las superficies de control de
la aeronave y equipos de emergencia. Así pues, un aumento en la generación de poten-
cia a baja velocidad significaría mayor tiempo de control de la aeronave para el piloto.
El desarrollo de la presente investigación contribuye a la mejora del rendimiento de las
turbinas RAT. Para esto se utilizaron herramientas como la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), el Diseño Asistido por Computadora (CAD) y sistemas de programación
matemática.
Primero se realizó el diseño de una turbina RAT comercial, el cual está basado en las condiciones de funcionamiento conocidas de esta clase de aerogeneradores y
con ayuda de la teoría se plantee un primer diseño que cumpliera con el rendimiento
esperado. La pala se dividió en tres diferentes secciones las cuales cuentan con diferentes
características aerodinámicas y se seleccionaron los mejores perfiles alares para cada sección. Los diseños generados fueron analizados a una velocidad mínima de funcionamiento
(41 m/s) y los diseños preseleccionados se estudiaron a otras velocidades criticas (81 y
251 m/s). Seleccionado el diseño que genera mayor potencia a baja velocidad como el
mejor, aumentando así el rango de funcionamiento de la RAT propuesta.
La teoría BEM (Blade Element Momentum) y la simulación CFD fueron
utilizados para el análisis del diseño inicial, entonces validando estos resultados con el
programa de acceso abierto Qblade. Para la teoría BEM se realizó un código computacional que permite obtener el diseño optimo del aerogenerador y predice el rendimiento
del mismo, fue necesaria la adición de la metodología Viterna para el análisis de perfiles alares. 50 diseños fueron propuestos intercambiando el uso de los perfiles alares en las diferentes secciones de la pala de manera estratégica. Los diseños fueron analizados
mediante CFD, utilizando el rotor completo y el modelo de turbulencia SST k − ω. Se
selecciono el diseño optimo que generara mayor potencia a menor velocidad de funciona-
miento, logrando una optimización de 23% ampliando el rango de funcionamiento de la
RAT.
Aviones--Motores--Diseño y construcción --Tesis y disertaciones académicas
Aviones--Motores--Manuales, etc.--Tesis y disertaciones académicas
Motores de combustión interna--Tesis y disertaciones académicas
TL701 / B66 2024
Diseño y análisis aerodinámico del rotor de una turbina RAT de un avión comercial [recurso electrónico] / Miguel Ángel Bolaños Vera ; director, Alejandro Sebastián Ortiz Pérez ; codirector, Emmanuel Santiago Durazo Romero - Mexicali Baja California, 2024 - 1 recurso en línea, 103 p. ; il. col., gráficas, fots.
Maestría y Doctorado en Ciencias e Ingeniería
Tesis (Doctorado) - - Universidad Autónoma de Baja California, Facultad de Ingeniería, 2024
Incluye referencias bibliográficas
La turbina eólica RAT (Ram Air Turbine), es un pequeño aerogenerador que
funciona únicamente en casos de emergencia cuando los motores de la aeronave dejan
de funcionar de manera adecuada y no generan la energía necesaria. La RAT funciona
comúnmente a una velocidad mínima de 41 m/s generando arriba de 5 kW, por debajo
de esa velocidad no produce la energía necesaria para mover las superficies de control de
la aeronave y equipos de emergencia. Así pues, un aumento en la generación de poten-
cia a baja velocidad significaría mayor tiempo de control de la aeronave para el piloto.
El desarrollo de la presente investigación contribuye a la mejora del rendimiento de las
turbinas RAT. Para esto se utilizaron herramientas como la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), el Diseño Asistido por Computadora (CAD) y sistemas de programación
matemática.
Primero se realizó el diseño de una turbina RAT comercial, el cual está basado en las condiciones de funcionamiento conocidas de esta clase de aerogeneradores y
con ayuda de la teoría se plantee un primer diseño que cumpliera con el rendimiento
esperado. La pala se dividió en tres diferentes secciones las cuales cuentan con diferentes
características aerodinámicas y se seleccionaron los mejores perfiles alares para cada sección. Los diseños generados fueron analizados a una velocidad mínima de funcionamiento
(41 m/s) y los diseños preseleccionados se estudiaron a otras velocidades criticas (81 y
251 m/s). Seleccionado el diseño que genera mayor potencia a baja velocidad como el
mejor, aumentando así el rango de funcionamiento de la RAT propuesta.
La teoría BEM (Blade Element Momentum) y la simulación CFD fueron
utilizados para el análisis del diseño inicial, entonces validando estos resultados con el
programa de acceso abierto Qblade. Para la teoría BEM se realizó un código computacional que permite obtener el diseño optimo del aerogenerador y predice el rendimiento
del mismo, fue necesaria la adición de la metodología Viterna para el análisis de perfiles alares. 50 diseños fueron propuestos intercambiando el uso de los perfiles alares en las diferentes secciones de la pala de manera estratégica. Los diseños fueron analizados
mediante CFD, utilizando el rotor completo y el modelo de turbulencia SST k − ω. Se
selecciono el diseño optimo que generara mayor potencia a menor velocidad de funciona-
miento, logrando una optimización de 23% ampliando el rango de funcionamiento de la
RAT.
Aviones--Motores--Diseño y construcción --Tesis y disertaciones académicas
Aviones--Motores--Manuales, etc.--Tesis y disertaciones académicas
Motores de combustión interna--Tesis y disertaciones académicas
TL701 / B66 2024
