Tecnología / Guía técnica
Flujo relativo de la pala e incidencia aerodinámica
La velocidad del aire vista desde una sección de pala en movimiento difiere de la velocidad del viento vista desde el suelo. El ángulo de ataque corresponde a ese flujo relativo local, por lo que no puede deducirse directamente de la orientación de la góndola ni de una flecha de viento estacionaria.
Reste el movimiento antes de comparar los ángulos.
Use un sistema de referencia común para las velocidades del aire y de la sección. Su diferencia vectorial establece el flujo visto por la sección; su orientación respecto a la cuerda establece el ángulo de ataque.
01 / Sistema de referencia
La velocidad relativa es una diferencia vectorial.
Sean U la velocidad del aire y v la velocidad de la sección, ambas expresadas en un mismo sistema de referencia inercial.
Sean U la velocidad del aire y v la velocidad de la sección, ambas expresadas en un mismo sistema de referencia inercial. La velocidad del aire relativa a la sección es W = U − v. Restar sus módulos eliminaría la dirección y, en general, daría un resultado diferente.
La explicación de la velocidad relativa de NASA distingue el viento respecto al suelo del movimiento del aire relativo a un cuerpo móvil. Una pala en rotación añade una velocidad de sección diferente en cada radio; por tanto, el cálculo debe seguir una sección concreta y no solo el centro del rotor.
02 / Componentes locales
La rotación añade una contribución tangencial.
En un ejemplo alineado simplificado, elija x en la dirección positiva del flujo axial y t en la del movimiento positivo de la sección.
En un ejemplo alineado simplificado, elija x en la dirección positiva del flujo axial y t en la del movimiento positivo de la sección. Si U = (6, 0) m/s y v = (0, 8) m/s, entonces W = (6, −8) m/s en esos ejes.
El módulo de la velocidad relativa es 10 m/s, no 6 m/s ni 6 − 8 m/s. Estos valores inventados omiten la inducción y otros movimientos. Ilustran la aritmética vectorial sin describir una pala MARSTON en operación.
03 / Dirección del flujo
El ángulo requiere una línea de referencia identificada.
En ese ejemplo, el ángulo agudo entre W y la dirección tangencial negativa es arctan(6/8), aproximadamente 36.9°.
En ese ejemplo, el ángulo agudo entre W y la dirección tangencial negativa es arctan(6/8), aproximadamente 36.9°. Medir desde la dirección axial da otro ángulo. Ambos pueden describir el mismo vector si las convenciones son explícitas.
Por tanto, un símbolo de ángulo de entrada del flujo necesita una dirección de origen y un signo. Un valor positivo en una convención de coordenadas de pala no es automáticamente positivo en otra. El vector físico debe permanecer inalterado al transformar las coordenadas.
04 / Comparación con la cuerda
El ángulo de ataque combina geometría y flujo.
En una convención bidimensional de sección definida, el ángulo de ataque compara la cuerda local orientada con W.
En una convención bidimensional de sección definida, el ángulo de ataque compara la cuerda local orientada con W. Si el ángulo de entrada del flujo φ y el ajuste de la cuerda β comparten una referencia y un signo elegidos de modo que α = φ − β, esta relación es una resta geométrica.
Esto no significa que el paso, la torsión y el ángulo de ataque sean intercambiables. La geometría incorporada puede permanecer fija mientras φ cambia con el flujo o la rotación. A la inversa, cambiar un ajuste geométrico solo cambia α en combinación con el flujo relativo actual.
05 / Tres dimensiones
Un modelo de sección usa una proyección.
La explicación de las coordenadas de perfil de OpenFAST define la sustentación, la resistencia y el ángulo de ataque de la sección utilizando el flujo relativo proyectado sobre un plano bidimensional local.
La explicación de las coordenadas de perfil de OpenFAST define la sustentación, la resistencia y el ángulo de ataque de la sección utilizando el flujo relativo proyectado sobre un plano bidimensional local. El flujo a lo largo de la envergadura sigue formando parte de la situación tridimensional más amplia, incluso cuando un modelo de sección no lo representa explícitamente.
El flujo desalineado, la deformación y las velocidades inducidas pueden cambiar las componentes locales. El ejemplo sencillo de dos componentes no permite establecer sus magnitudes ni sustituir un modelo que incorpore los movimientos y los supuestos de flujo pertinentes.
06 / Significado
Un cálculo de dirección no es una polar aerodinámica.
Conocer α no determina por sí solo la sustentación, la resistencia ni la potencia de salida.
Conocer α no determina por sí solo la sustentación, la resistencia ni la potencia de salida. Estas magnitudes también dependen de la sección y de las condiciones del flujo. La guía de los coeficientes explica el siguiente paso físico.
Esta página define la geometría del flujo local sin asignar un perfil, una disposición de paso, un intervalo de ángulos ni una ley de control reales de MARSTON. La guía de geometría de la pala trata por separado las magnitudes del plano técnico.
Continúe la revisión con Sustentación, resistencia y coeficientes de sección de la pala.
Continúe la revisión con Número de Reynolds de palas de pequeña eólica y similitud del flujo.
Continúe la revisión con Teoría de cantidad de movimiento y elemento de pala: acoplamiento y supuestos.
Amplíe el análisis del flujo local con la densidad del aire y sus variables ambientales de entrada y las magnitudes de presión dinámica y estática.
Información general: NASA Glenn: velocidad relativa y sistemas de referencia · OpenFAST: plano local del perfil y proyección del flujo relativo. Estas referencias explican conceptos del sector; son independientes de los documentos aplicables de productos y proyectos MARSTON.
Conceptos y condiciones principales.
Interprete cada magnitud con su referencia, sus unidades y las condiciones indicadas. Una relación general no establece un valor específico de un modelo.
| Concepto / magnitud | Significado / relación | Condiciones / límites |
|---|---|---|
| U | Velocidad del aire en el sistema de referencia elegido, m/s | Conserve su dirección y su referencia. |
| v | Velocidad de la sección de pala concreta, m/s | Use el mismo sistema de referencia que U. |
| W | U − v, velocidad relativa del aire | Una diferencia vectorial, no una resta de módulos de velocidad. |
| φ y β | Ángulos del flujo y de la cuerda en coordenadas definidas | Comparta las referencias antes de restar. |
| α | Ángulo entre la cuerda y el flujo relativo | No determina por sí solo la fuerza. |
Preguntas de ingeniería.
¿La velocidad del viento en el suelo es la velocidad relativa de la sección?
Normalmente no. El movimiento de la sección y el flujo inducido pertinente cambian la velocidad relativa.
¿Puedo restar los módulos de las velocidades?
En general, no; las velocidades deben restarse como vectores en un sistema de referencia común.
¿Por qué la velocidad del ejemplo es 10 m/s?
Las componentes perpendiculares de 6 y −8 m/s dan √(6²+8²).
¿El paso es igual al ángulo de ataque?
No. El ángulo de ataque también depende del flujo de aire relativo local.
¿Es α = φ − β una notación universal?
Solo con referencias angulares y signos compatibles y explícitamente definidos.
¿Esto identifica los ángulos de un modelo real?
No. Explica una relación de coordenadas y un ejemplo hipotético.
Consulta técnica
Comente la cuestión técnica.
La velocidad del aire vista desde una sección de pala en movimiento difiere de la velocidad del viento vista desde el suelo. Comparta el modelo y la información de operación o diseño aplicable para una discusión técnica.