Perfil aerodinámico NACA

Geometría del perfil - 1: línea de elevación cero; 2: borde de ataque; 3: círculo de la nariz; 4: Máx. espesor; 5: comba; 6: Superficie superior; 7: Borde de salida; 8: Línea media de comba; 9: Superficie inferior Líneas de perfil - 1: acorde, 2: comba, 3: longitud, 4: línea media A: línea azul = cuerda, línea verde = línea media de comba, B: radio del borde de ataque, C:  coordenadas xy para la geometría del perfil (cuerda = eje x ; línea del eje y en ese borde de ataque)

Las aspas aeronáuticas NACA son formas aerodinámicas para alas de aviones desarrolladas por el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA). La forma de las aspas aerodinámicas NACA se describe mediante una serie de dígitos que siguen a la palabra "NACA". Los parámetros en el código numérico se pueden ingresar en ecuaciones para generar con precisión la sección transversal del perfil aerodinámico y calcular sus propiedades.

• 1 Orígenes
• 2 Serie de cuatro dígitos
  • 2.1 Ecuación para un perfil aerodinámico NACA simétrico de 4 dígitos
  • 2.2 Ecuación para un perfil aerodinámico NACA de 4 dígitos curvado
• 3 Serie de cinco dígitos
  • 3.1 Líneas de comba de 3 dígitos no reflejas
  • 3.2 Líneas de combadura reflejadas de 3 dígitos
• 4 Modificaciones
• 5 serie 1
• 6 serie 6
• 7 serie 7
• 8 serie 8
• 9 Véase también
• 10 referencias
• 11 Enlaces externos

Orígenes

La NACA desarrolló inicialmente el sistema de perfil aerodinámico numerado que fue perfeccionado por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en el Centro de Investigación Langley. Según el sitio web de la NASA:

Durante finales de la década de 1920 y en la década de 1930, la NACA desarrolló una serie de perfiles aerodinámicos probados minuciosamente y diseñó una designación numérica para cada perfil aerodinámico, un número de cuatro dígitos que representaba las propiedades geométricas críticas de la sección del perfil aerodinámico. Para 1929, Langley había desarrollado este sistema hasta el punto en que el sistema de numeración se complementaba con una sección transversal de perfil aerodinámico, y el catálogo completo de 78 perfiles aerodinámicos apareció en el informe anual de la NACA para 1933. Los ingenieros pudieron ver rápidamente las peculiaridades de cada forma del perfil aerodinámico. y el designador numérico ("NACA 2415", por ejemplo) especificaba las líneas de comba, el grosor máximo y las características especiales de la nariz. Estas figuras y formas transmitieron el tipo de información a los ingenieros que les permitió seleccionar superficies aerodinámicas específicas para las características de rendimiento deseadas de aeronaves específicas.

Serie de cuatro dígitos

Las secciones de ala de cuatro dígitos de la NACA definen el perfil por:

1. Primer dígito que describe la comba máxima como porcentaje de la cuerda.
2. Segundo dígito que describe la distancia de comba máxima desde el borde de ataque del perfil aerodinámico en décimas de cuerda.
3. Últimos dos dígitos que describen el grosor máximo del perfil aerodinámico como porcentaje de la cuerda.

Por ejemplo, el perfil aerodinámico NACA 2412 tiene una curvatura máxima del 2% ubicada al 40% (cuerdas 0,4) del borde de ataque con un grosor máximo del 12% de la cuerda.

El perfil aerodinámico NACA 0015 es simétrico, el 00 indica que no tiene comba. El 15 indica que el perfil aerodinámico tiene una relación entre el espesor y la longitud de la cuerda del 15%: es un 15% tan grueso como largo.

Ecuación para un perfil aerodinámico NACA simétrico de 4 dígitos

Gráfico de una lámina NACA 0015 generada a partir de la fórmula

La fórmula para la forma de una lámina NACA 00xx, en la que "xx" se reemplaza por el porcentaje de espesor a la cuerda, es

$$ y t=5t [ 0.2969 X - 0.1260 X - 0.3516 X 2 + 0.2843 X 3 - 0.1015 X 4 ], {\ Displaystyle y_ {t} = 5t \ left [0.2969 {\ sqrt {x}} - 0.1260x-0.3516x ^ {2} + 0.2843x ^ {3} -0.1015x ^ {4} \ right],}

donde:

x es la posición a lo largo del acorde de 0 a 1,00 (0 a 100%),

$$ y t {\ Displaystyle y_ {t}}es la mitad del espesor a un valor dado de x (línea central a la superficie),

t es el grosor máximo como una fracción de la cuerda (por lo que t da los dos últimos dígitos de la denominación de 4 dígitos de NACA divididos por 100).

Tenga en cuenta que en esta ecuación, en x = 1 (el borde de salida del perfil aerodinámico), el grosor no es del todo cero. Si se requiere un borde de salida de espesor cero, por ejemplo, para el trabajo de cálculo, uno de los coeficientes debe modificarse de manera que sumen cero. Modificar el último coeficiente (es decir, a −0,1036) dará como resultado el cambio más pequeño en la forma general del perfil aerodinámico. El borde de ataque se aproxima a un cilindro con un radio normalizado por cuerda de

$$r=1.1019 t 2. {\ Displaystyle r = 1.1019t ^ {2}.}

Ahora las coordenadas de la superficie del perfil aerodinámico superior y de la superficie del perfil aerodinámico inferior son $$

( X U, y U) {\ Displaystyle (x_ {U}, y_ {U})}$$( X L, y L) {\ Displaystyle (x_ {L}, y_ {L})}

$$ X U= X L=X, y U=+ y t, y L=- y t. {\ Displaystyle x_ {U} = x_ {L} = x, \ quad y_ {U} = + y_ {t}, \ quad y_ {L} = - y_ {t}.}

Las aspas aerodinámicas simétricas de la serie de 4 dígitos tienen por defecto un espesor máximo al 30% de la cuerda desde el borde de ataque.

Ecuación para un perfil aerodinámico NACA de 4 dígitos curvado

Parcela de una lámina NACA 2412. La línea de curvatura se muestra en rojo y el grosor, o el perfil aerodinámico simétrico 0012, se muestra en violeta.

Las láminas asimétricas más simples son las láminas de la serie NACA de 4 dígitos, que utilizan la misma fórmula que la utilizada para generar las láminas simétricas 00xx, pero con la línea de curvatura media. La fórmula utilizada para calcular la línea de comba media es

$$ y C= { metro pag 2 ( 2 pag X - X 2 ) , 0 ≤ X ≤ pag , metro ( 1 - pag ) 2 ( ( 1 - 2 pag ) + 2 pag X - X 2 ) , pag ≤ X ≤ 1 , {\ displaystyle y_ {c} = {\ begin {cases} {\ dfrac {m} {p ^ {2}}} \ left (2px-x ^ {2} \ right), amp; 0 \ leq x \ leq p, \\ {\ dfrac {m} {(1-p) ^ {2}}} \ left ((1-2p) + 2px-x ^ {2} \ right), amp; p \ leq x \ leq 1, \ end {casos}}}

donde

m es la comba máxima (100 m es el primero de los cuatro dígitos),

p es la ubicación de la curvatura máxima (10 p es el segundo dígito en la descripción de NACA xxxx).

Por ejemplo, un perfil aerodinámico NACA 2412 utiliza una curvatura del 2% (primer dígito) 40% (segundo dígito) a lo largo de la cuerda de un perfil aerodinámico simétrico 0012 que tiene un grosor del 12% (dígitos 3 y 4) de la cuerda.

Para este perfil aerodinámico curvo, debido a que el espesor debe aplicarse perpendicularmente a la línea de curvatura, las coordenadas y, respectivamente, de la superficie del perfil aerodinámico superior e inferior, se vuelven $$

( X U, y U) {\ Displaystyle (x_ {U}, y_ {U})}$$( X L, y L) {\ Displaystyle (x_ {L}, y_ {L})}

$$ X U = X - y t pecado ⁡ θ , y U = y C + y t porque ⁡ θ , X L = X + y t pecado ⁡ θ , y L = y C - y t porque ⁡ θ , {\ Displaystyle {\ begin {alineado} x_ {U} amp; = x-y_ {t} \, \ sin \ theta, amp; y_ {U} amp; = y_ {c} + y_ {t} \, \ cos \ theta, \\ x_ {L} amp; = x + y_ {t} \, \ sin \ theta, amp; y_ {L} amp; = y_ {c} -y_ {t} \, \ cos \ theta, \ end {alineado}}}

donde

$$θ=arctan⁡ D y C D X, {\ Displaystyle \ theta = \ arctan {\ frac {dy_ {c}} {dx}},}

$$ D y C D X= { 2 metro pag 2 ( pag - X ) , 0 ≤ X ≤ pag , 2 metro ( 1 - pag ) 2 ( pag - X ) , pag ≤ X ≤ 1. {\ displaystyle {\ frac {dy_ {c}} {dx}} = {\ begin {cases} {\ dfrac {2m} {p ^ {2}}} \ left (px \ right), amp; 0 \ leq x \ leq p, \\ {\ dfrac {2m} {(1-p) ^ {2}}} \ left (px \ right), amp; p \ leq x \ leq 1. \ end {cases}}}

Serie de cinco dígitos

La serie de cinco dígitos de la NACA describe formas aerodinámicas más complejas. Su formato es LPSTT, donde:

• L: un solo dígito que representa el coeficiente de sustentación óptimo teórico en el ángulo de ataque ideal C LI = 0,15 L ( no es lo mismo que el coeficiente de sustentación C L),
• P: un solo dígito para la coordenada x del punto de comba máxima (comba máx. En x = 0,05 P),
• S: un solo dígito que indica si la curvatura es simple (S = 0) o refleja (S = 1),
• TT: el espesor máximo en porcentaje de cuerda, como en un código de perfil aerodinámico NACA de cuatro dígitos.

Por ejemplo, el perfil NACA 23112 describe un perfil aerodinámico con un coeficiente de sustentación de diseño de 0.3 (0.15 × 2), el punto de curvatura máxima ubicado al 15% de cuerda (5 × 3), curvatura refleja (1) y espesor máximo de 12%. de longitud de cuerda (12).

La línea de comba se define en dos secciones:

$$ y C= { k 1 6 ( X 3 - 3 metro X 2 + metro 2 ( 3 - metro ) X ) , 0 lt; X lt; metro , k 1 metro 3 6 ( 1 - X ) , metro lt; X lt; 1 , {\ Displaystyle y_ {c} = {\ begin {cases} {\ dfrac {k_ {1}} {6}} {\ big (} x ^ {3} -3mx ^ {2} + m ^ {2} ( 3-m) x {\ big)}, amp; 0 lt;x lt;m, \\ {\ dfrac {k_ {1} m ^ {3}} {6}} (1-x), amp; m lt;x lt;1, \ finalizar {casos}}}

donde la ubicación de la cuerda y la ordenada han sido normalizadas por la cuerda. La constante se elige de modo que la comba máxima se produzca en ; por ejemplo, para la línea de comba 230, y. Finalmente, se determina la constante para dar el coeficiente de sustentación deseado. Para un perfil de línea de inclinación de 230 (los primeros 3 números de la serie de 5 dígitos), se utiliza. $$

X {\ Displaystyle x}$$y {\ Displaystyle y}$$metro {\ Displaystyle m}$$X=pag {\ Displaystyle x = p}$$pag=0,3 /2=0,15 {\ Displaystyle p = 0.3 / 2 = 0.15}$$metro=0,2025 {\ displaystyle m = 0,2025}$$ k 1 {\ Displaystyle k_ {1}}$$ k 1=15.957 {\ Displaystyle k_ {1} = 15.957}

Líneas de comba de 3 dígitos sin reflejos

Las líneas de curvatura de 3 dígitos proporcionan una ubicación muy adelantada para la curvatura máxima.

La línea de comba se define como

$$ y C= { k 6 ( X 3 - 3 r X 2 + r 2 ( 3 - r ) X ) 2 , 0 lt; X lt; r , k r 3 6 ( 1 - X ) , r lt; X lt; 1. {\ Displaystyle y_ {c} = {\ begin {cases} {\ dfrac {k} {6}} {\ big (} x ^ {3} -3rx ^ {2} + r ^ {2} (3-r) x {\ big)} ^ {2}, amp; 0 lt;x lt;r, \\ {\ dfrac {kr ^ {3}} {6}} (1-x), amp; r lt;x lt;1. \ end {casos }}}

La siguiente tabla presenta los distintos coeficientes del perfil de la línea de comba:

Perfil de línea de comba	$$pag {\ Displaystyle p}	$$metro {\ Displaystyle m}	$$ k 1 {\ Displaystyle k_ {1}}
210	0,05	0.0580	361,40
220	0,10	0,126	51.640
230	0,15	0,2025	15.957
240	0,20	0,290	6.643
250	0,25	0.391	3.230

Líneas de comba reflejadas de 3 dígitos

Las líneas de curvatura como la 231 hacen que la curvatura negativa del borde de fuga del perfil de la serie 230 tenga una curvatura positiva. Esto da como resultado un momento de cabeceo teórico de 0.

Desde $$

X C≤r {\ Displaystyle {\ frac {x} {c}} \ leq r}

$$ y C= k 1 6 [ ( X C - r ) 3 - k 2 k 1 ( 1 - r ) 3 X C - r 3 X C + r 3 ]. {\ Displaystyle {\ frac {y} {c}} = {\ frac {k_ {1}} {6}} \ left [\ left ({\ frac {x} {c}} - r \ right) ^ { 3} - {\ frac {k_ {2}} {k_ {1}}} (1-r) ^ {3} {\ frac {x} {c}} - r ^ {3} {\ frac {x} {c}} + r ^ {3} \ right].}

Desde $$

rlt; X C≤1.0 {\ Displaystyle r lt;{\ frac {x} {c}} \ leq 1.0}

$$

y C= k 1 6 [ k 2 k 1 ( X C - r ) 3 - k 2 k 1 ( 1 - r ) 3 X C - r 3 X C + r 3 ]. {\ Displaystyle {\ frac {y} {c}} = {\ frac {k_ {1}} {6}} \ left [{\ frac {k_ {2}} {k_ {1}}} \ left ({ \ frac {x} {c}} - r \ right) ^ {3} - {\ frac {k_ {2}} {k_ {1}}} (1-r) ^ {3} {\ frac {x} {c}} - r ^ {3} {\ frac {x} {c}} + r ^ {3} \ right].}

La siguiente tabla presenta los distintos coeficientes del perfil de la línea de comba:

Perfil de línea de comba	$$pag {\ Displaystyle p}	$$metro {\ Displaystyle m}	$$ k 1 {\ Displaystyle k_ {1}}	$$ k 2 / k 1 {\ Displaystyle k_ {2} / k_ {1}}
221	0,10	0.130	51.990	0.000764
231	0,15	0,217	15.793	0,00677
241	0,20	0.318	6.520	0.0303
251	0,25	0.441	3.191	0.1355

Modificaciones

Los perfiles aerodinámicos de las series de cuatro y cinco dígitos se pueden modificar con un código de dos dígitos precedido por un guión en la siguiente secuencia:

1. Un dígito que describe la redondez del borde de ataque, donde 0 es agudo, 6 es el mismo que el perfil aerodinámico original y los valores más grandes indican un borde de ataque más redondeado.
2. Un dígito que describe la distancia de espesor máximo desde el borde de ataque en décimas de cuerda.

Por ejemplo, el NACA 1234-05 es un perfil aerodinámico NACA 1234 con un borde de ataque afilado y un grosor máximo del 50% de la cuerda (0,5 cuerdas) desde el borde de ataque.

Además, para una descripción más precisa del perfil aerodinámico, todos los números se pueden presentar como decimales.

Serie 1

Un nuevo enfoque para el diseño del perfil aerodinámico fue pionero en la década de 1930, en el que la forma del perfil aerodinámico se derivaba matemáticamente de las características de sustentación deseadas. Antes de esto, primero se crearon formas aerodinámicas y luego se midieron sus características en un túnel de viento. Los perfiles aerodinámicos de la serie 1 se describen con cinco dígitos en la siguiente secuencia:

1. El número "1" que indica la serie.
2. Un dígito que describe la distancia del área de presión mínima en décimas de cuerda.
3. Un guion.
4. Un dígito que describe el coeficiente de sustentación en décimas.
5. Dos dígitos que describen el espesor máximo en porcentaje de cuerda.

Por ejemplo, el perfil aerodinámico NACA 16-123 tiene una presión mínima del 60% de la cuerda hacia atrás con un coeficiente de sustentación de 0.1 y un espesor máximo del 23% de la cuerda.

Serie 6

Una mejora sobre los perfiles aerodinámicos de la serie 1 con énfasis en maximizar el flujo laminar. El perfil aerodinámico se describe utilizando seis dígitos en la siguiente secuencia:

1. El número "6" que indica la serie.
2. Un dígito que describe la distancia del área de presión mínima en décimas de cuerda.
3. El dígito del subíndice da el rango del coeficiente de sustentación en décimas por encima y por debajo del coeficiente de sustentación de diseño en el que existen gradientes de presión favorables en ambas superficies.
4. Un guion.
5. Un dígito que describe el coeficiente de elevación de diseño en décimas.
6. Dos dígitos que describen el espesor máximo como porcentaje de cuerda.
7. "a =" seguido de un número decimal que describe la fracción de cuerda sobre la que se mantiene el flujo laminar. a = 1 es el valor predeterminado si no se proporciona ningún valor.

Por ejemplo, el NACA 61 2 -315 a = 0.5 tiene un área de presión mínima del 10% de la cuerda hacia atrás, mantiene un arrastre bajo 0.2 por encima y por debajo del coeficiente de sustentación de 0.3, tiene un espesor máximo del 15% de la cuerda, y mantiene un flujo laminar superior al 50% de la cuerda.

Serie 7

Se logra un mayor avance en la maximización del flujo laminar al identificar por separado las zonas de baja presión en las superficies superior e inferior del perfil aerodinámico. El perfil aerodinámico se describe con siete dígitos en la siguiente secuencia:

1. El número "7" que indica la serie.
2. Un dígito que describe la distancia del área de presión mínima en la superficie superior en décimas de la cuerda.
3. Un dígito que describe la distancia del área de presión mínima en la superficie inferior en décimas de la cuerda.
4. Una letra que hace referencia a un perfil estándar de la serie anterior de NACA.
5. Un dígito que describe el coeficiente de sustentación en décimas.
6. Dos dígitos que describen el espesor máximo como porcentaje de cuerda.

Por ejemplo, el NACA 712A315 tiene el área de presión mínima 10% de la cuerda hacia atrás en la superficie superior y 20% de la cuerda hacia atrás en la superficie inferior, usa el perfil estándar "A", tiene un coeficiente de elevación de 0.3 y tiene un espesor máximo del 15% de la cuerda.

Serie 8

Perfiles aerodinámicos supercríticos diseñados para maximizar de forma independiente el flujo laminar por encima y por debajo del ala. La numeración es idéntica a las superficies aerodinámicas de la serie 7, excepto que la secuencia comienza con un "8" para identificar la serie.

Ver también

• Carenado NACA
• Cucharada NACA

Referencias

enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con perfiles aerodinámicos de 4 dígitos de la NACA.

• Coordenadas de la base de datos de coordenadas de superficie aerodinámica de UIUC para casi 1,600 superficies aerodinámicas
• El programa de generación de coordenadas de la superficie aerodinámica NACA de John Dreese funciona en Windows XP, 7 y 8.
• Serie de perfil aerodinámico NACA
• Característica del sitio web de la NASA sobre superficies aerodinámicas NACA
• Aplicación web interactiva de perfil aerodinámico