CHUTE SHIUT Paracaídas

👉 La segunda parte de la serie de presentaciones "Fundamentos teóricos y práctica del Método de Lattice-Boltzmann" está disponible.

En esta parte se hace mención a los principales desafíos del CFD tradicional basado en mallas: el discretizado espacial y el modelado de la turbulencia. También se hace la introducción formal al LBM mediante un modelo de reticulado automático de gas, el cual puede ser analizado desde el código fuente (generado por IA en lenguaje Python) para una mejor comprensión. 🤓

Método de Lattice-Boltzmann (parte 2) Contenido:2. LOS DESAFÍOS DEL CFD TRADICIONAL00:10 Discretizado espacial03:11 Modelado de la turbulencia3. EL MÉTODO DE LAS PSEUDO-PARTÍCULAS10:34 Esquemas d...

💻 CUANDO LAS COMPUTADORAS TAMBIÉN SE 3QU1V0CAN: El caso de Ansys

Ansys es, sin duda, un referente en el mundo de la simulación por computadora, utilizado extensivamente en la industria y la academia. No obstante, como todo software, no está exento de "bugs" 🪲 o errores de programación que pueden alterar su funcionalidad y producir resultados incorrectos.

Un claro ejemplo de esto se encuentra en el módulo Results de Ansys Workbench, donde se ha detectado una incongruencia visual al simular un caso muy sencillo: un flujo no viscoso a través de un perfil aerodinámico. 🛩

El problema radica en la aparición de una "capa límite" modelada, mediante la solución de Ansys Fluent. Por definición, la aparición de esta región en el flujo es una consecuencia directa de la viscosidad del fluido 🫗. Bajo este supuesto, y en un caso sin viscosidad, la capa límite simplemente no debería existir. Sin embargo, el software la muestra, contradiciendo un principio fundamental de la mecánica de fluidos.

Si quieres conocer los detalles de este error, te invito a seguir el enlace al artículo (en inglés) en la descripción del video. ¿Será que ya ha sido corregido en la versión más reciente del programa? 🧐

BUG in ANSYS Fluent (2024 R2) Inviscid flow past a NACA 0006 airfoil at AoA=0 degrees. Some kind of modelled boundary layer (within the first layer mesh) is shown in the Results module, b...

CASO X-EIR: SIMULACIÓN AERODINÁMICA CON HÉLICES 🚁

En el campo de la dinámica de fluidos computacional (CFD) convencional, la simulación de componentes móviles como rotores o hélices presenta un desafío significativo, ya que requiere que la malla se modifique en cada paso temporal, lo que aumenta la complejidad y los costos computacionales. Aunque existen técnicas para restringir esta modificación a regiones específicas, el proceso de re-mallado sigue siendo un factor limitante, especialmente en problemas con altas velocidades de rotación que demandan pasos de tiempo muy cortos.

Una de las ventajas clave del método de Lattice-Boltzmann (LBM) es que, al no utilizar una malla convencional, evita el re-mallado en su totalidad. En lugar de eso, utiliza una retícula fija en el espacio, y el software simplemente identifica qué elementos corresponden al fluido y cuáles al sólido en cada iteración. Esto simplifica enormemente el proceso, haciendo que la simulación de partes móviles sea mucho más eficiente, lo que es crucial para capturar con precisión la física de rotores que giran a gran velocidad.

A modo de ejemplo, se muestra la simulación del vehículo aéreo no tripulado (VANT) híbrido, de despegue y aterrizaje vertical (VTOL, en inglés) diseñado y modelado por el M. en C. Luis A. Jiménez Ponce, profesor del Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec (TESE). El software XFlow, basado en el método LBM, fue utilizado para esta simulación.

YUMA Engineering - VANT Híbrido

👨‍🏫 ¿Quieres saber más acerca del Método de Lattice-Boltzmann?

Te invito a ver el video de presentación, seguido de la primera parte de la serie, donde se tocarán temas como la teoría cinética de partículas y la distribución de Maxwell-Boltzmann, fundamentales para comprender cómo funciona este método de vanguardia dentro del campo de la dinámica de fluidos computacional (CFD).

Método de Lattice-Boltzmann (presentación) Esta es la presentación de la serie: "Fundamentos teóricos y práctica del Método de Lattice-Boltzmann", la cual es la actualización de una presentación que p...

EXPERIENCIA: VENTAJAS DEL MÉTODO DE LATTICE-BOLTZMANN (LBM)

💻 El método de Lattice-Boltzmann (LBM) es una técnica computacional de simulación de fluidos que se ha popularizado como alternativa a los métodos tradicionales. A diferencia de las simulaciones que aproximan las ecuaciones macroscópicas de Navier-Stokes, el LBM modela el flujo a un nivel mesoscópico, basándose en la interacción de partículas ficticias en una retícula. Este enfoque permite que el comportamiento del fluido, como su presión y velocidad, emerja de manera natural de estas interacciones, lo que lo hace muy efectivo para fenómenos transitorios y fluidos complejos.

Una de las grandes ventajas del LBM en la aerodinámica es su eficiencia computacional. Al simplificar la resolución del problema y evitar la necesidad de matrices complejas, el tiempo de cálculo se reduce considerablemente, lo que lo convierte en una opción ideal para simular fenómenos como la separación de flujo y la turbulencia 💨. Además, su arquitectura permite una fácil implementación en hardware de computación paralela, lo que lo hace escalable para simulaciones a gran escala en proyectos de diseño aeronáutico.

El LBM también destaca por su robustez al trabajar con geometrías complejas. Se adapta fácilmente a formas irregulares sin requerir mallas estructuradas. Su naturaleza basada en partículas simplifica la aplicación de condiciones de contorno y la inclusión de otros fenómenos físicos. Por todo esto, el LBM se está estableciendo como una herramienta fundamental para la investigación y el diseño aerodinámico, ofreciendo una forma eficiente de simular fenómenos que son difíciles de abordar con métodos convencionales.

*Este texto ha sido mayormente generado con IA (Google Gemini 2.5 Flash). La animación es propia, generada mediante una simulación con el programa comercial XFlow.

YUMA Engineering - semi-ala Halcón 2 (Horizontec) Simulación aerodinámica de la semi-ala (con superficie hipersustentadora desplegada) en condiciones cercanas al desplome.

SIMULACIÓN AERODINÁMICA DE PRECISIÓN: HALCÓN II DE HORIZONTEC 🛩

El proyecto Halcón de la empresa mexicana 🇲🇽 Horizontec se ha consolidado como un hito en la industria aeronáutica nacional reciente. Ha logrado diseñar, construir y hacer volar dos prototipos de aeronave deportiva ligera (LSA), y se prepara para el inicio de su fase de producción en serie.

Durante el diseño aerodinámico del Halcón II, se realizó una simulación no estacionaria de precisión para una condición de vuelo crítica: un elevado ángulo de ataque, cercano al punto de pérdida aerodinámica. Para llevar a cabo esta simulación, basada en el método de Lattice-Boltzmann (LBM), se requirió una gran capacidad de cómputo y conocimientos especializados. En este sentido, la empresa consultora YUMA Engineering fue la primera en proveer el expertise, las licencias de software y la infraestructura de cálculo necesaria.

La animación resultante muestra de manera detallada las regiones de separación del flujo sobre la semi-ala, así como la formación del torbellino de punta de ala. Este tipo de simulación, además de ser visualmente llamativa, es fundamental para obtener datos de referencia críticos para la seguridad operacional de la aeronave, como el coeficiente de sustentación máximo (CL_max) y el coeficiente de momento de cabeceo (Cm).

Para conocer más detalles acerca de la simulación, visita:
https://www.dropbox.com/scl/fi/9efu6t909wjxu19adf0rf/Resultados_Yuma_Horizontec-versi-n-de-distribuci-n.pdf?rlkey=jhbnhgqh7vpqbg2c0s3qa7oxk&st=7rnhpqqh&dl=0

https://www.youtube.com/watch?v=IdozLBACjK4

YUMA Engineering - Halcón 2 (Horizontec) Simulación aerodinámica en condiciones cercanas al desplome mediante el programa XFlow.

DISEÑO DE UN ALA SEMI-FLEXIBLE: LECCIONES APRENDIDAS

La ingeniería es acción. Se trata de actuar, de hacer, sin esperar a tener las condiciones de trabajo, el equipo o el conocimiento suficiente. La experiencia se adquiere sobre la marcha. Si esperamos el momento ideal para empezar, nunca lo haremos.

Pero, ¿qué se aprende realmente al diseñar, construir y probar una simple ala?

💨 Aerodinámica: Idealmente, aprenderás a seleccionar o diseñar el perfil y la configuración del ala basándote en las características aerodinámicas y de estabilidad deseadas. Podrás usar herramientas computacionales, como dinámica de fluidos computacional (CFD), e incluso realizar pruebas en un túnel de viento si tienes el equipo y las instalaciones necesarias.

💻 Modelado: Adquirirás las habilidades para dibujar la geometría virtualmente con programas de diseño asistido por computadora (CAD). Esto te permitirá realizar las modificaciones necesarias para seleccionar la configuración que ofrezca las características deseadas, basándote en los análisis y pruebas (aerodinámicas, estructurales, de estabilidad, etc.) que hayas realizado.

🛠 Construcción: Seleccionarás los materiales más adecuados en función de su disponibilidad y costo. Además, desarrollarás las habilidades y técnicas necesarias para la construcción física del ala, prestando especial atención a los detalles. Pasar del papel o la pantalla a la realidad es un gran desafío, y te enfrentarás a un mundo de diferencias y nuevos retos.

PTERODÁCTILO ESTABILIDAD

SÓLO POR DIVERSIÓN: PARACAÍDAS A ESCALA REAL

Aquí no se midió ningún parámetro de ingeniería en particular, sino que esta prueba fue realizada sólo por diversión, ya que una de las mejores formas de sentir la fuerza 💪 que genera un paracaídas, o llamado de una forma más técnica, "dispositivo aerodinámico desplegable", es durante el arrastre en tierra.

El paracaídas que se muestra está compuesto de una copa cónica, la cual presenta ángulos de oscilación menos pronunciados durante la fase de descenso, comparado, por ejemplo, con paracaídas parabólicos o circulares planos. Incluso, este diseño puede llegar a ser más eficiente, reduciendo la velocidad terminal, y por tanto, propiciando una menor fuerza de impacto contra el suelo durante el aterrizaje.

Si quieres conocer cómo está compuesto un paracaídas de verdad, el tipo de materiales y costuras que se utilizan, o simplemente por curiosidad, este fue donado y puedes solicitarlo en el laboratorio de aerodinámica de la ESIME Ticomán y divertirte con tus compañeros y amigos aeronáuticos. ¡Sentir la fuerza del viento es más divertido de lo que parece! 😄

Implicados: Paola, Medrano, Noguerón, Daniel, y Pimentel.

Paracaídas cónico (ESIME Ticomán)

PARACAÍDAS PARABÓLICO EN TÚNEL DE VIENTO

Este video muestra una prueba aerodinámica en un túnel de viento de succión a un modelo (escala 1:11) de paracaídas parabólico con la finalidad de determinar la configuración geométrica de uno de sus gajos, el cual se encuentra marcado mediante un patrón reconocible para las cámaras del Sistema de Correlación de Imágenes Digitales (DIC).

Una vez generada la nube de puntos que define la forma de un gajo, la copa completa fue modelada mediante un programa de diseño asistido por computadora (CAD) y posteriormente analizado mediante dinámica de fluidos computacional (CFD), esto, para diferentes deformaciones de copa mediante una línea central ("reefing" de chimenea).

Esta investigación corresponde a una tesis de licenciatura de la carrera de Ingeniería en Aeronáutica, impartida en la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME), unidad Ticomán, bajo la dirección del Ing. Antonio Medrano (lab. de aerodinámica) e Ing. Jorge Jines (lab. de análisis experimental de esfuerzos).

Enlace a la tesis: https://www.dropbox.com/scl/fi/293lee2ohbz0cv0zbi7b6/Aerodinamica_paracaidas_retraccion_chimenea_Pimentel.pdf?rlkey=q8hjl455ztknu46l5gwwx6eg0&e=1&dl=0

https://www.youtube.com/watch?v=ZWjpDrbzcY8

Paracaídas en un túnel de viento (IPN - ESIME TIC) Se muestra una prueba preliminar en túnel de viento mediante la cual, con ayuda de un Sistema de Correlación de Imágenes Digitales, se pretenden calibrar las...

OPINIÓN: SIMULACIÓN DE ESTABILIDAD - PARACAÍDAS RAM-AIR 🪂

Actualmente, el uso de herramientas computacionales ofrece una gran ventaja durante la fase de diseño en ingeniería, y la aeronáutica ✈ no es la excepción. Sin embargo, resulta indispensable que el usuario conozca los alcances, pero sobre todo las limitaciones de los códigos y programas que utiliza.

Por ejemplo, el programa XFLR5, al estar basado en la teoría de flujo potencial (no viscoso), asume que el fluido se encuentra perfectamente adherido a la superficie del objeto, por lo que requiere de algún tipo de corrección para tener en cuenta su separación, lo cual no es una cuestión trivial, pues es donde la turbulencia 🌪 entra en juego.

Experimentalmente, se ha determinado que en alas con perfiles gruesos, como los de los paracaídas de alto rendimiento, la separación del flujo ocurre alrededor del 30% de la cuerda en condiciones normales de operación. Es decir, que gran parte del flujo se mantiene separado lo cual los hace relativamente ineficientes 😕. Como es de esperarse, ni los efectos aerodinámicos, y por consecuencia, ni los de estabilidad podrían ser cuantificados de manera precisa mediante simulaciones simplificadas.

Sin embargo, los resultados obtenidos, sobre todo, durante la fase de diseño conceptual mediante herramientas computacionales sencillas no deben ser desestimadas, pues pueden ayudar a obtener patrones, tendencias y valores de referencia, útiles para entrar en la fase de diseño de detalle. En este punto, el criterio y experiencia del diseñador es crucial para saber elegir entre los datos útiles o erróneos. Al final, el diseño real se lleva a cabo mediante aproximaciones.

Estabilidad Lateral Pterodáctilo (anhedro 30 grados)

VISUALIZANDO EL ÁNGULO DE DESPLOME ⬇️‼️

El ángulo de desplome es un parámetro de vital importancia en el diseño de configuraciones aerodinámicas. En esta prueba de túnel de viento se determinó dicho valor, con base en la visualización de un hilo colocado sobre el borde de ataque superior de un pánel o celda de sustentación de un ala semi-flexible (modelo "Pterodáctilo").

El resultado arrojó que la caída en pérdida, es decir, el desprendimiento masivo comienza a partir de los 15 grados, un valor típico para este tipo de configuraciones. La forma geométrica de la celda de sustentación fue diseñada como un híbrido de dos perfiles aerodinámicos, mediante el uso de herramientas de simulación, incluyendo fluidodinámica computacional (CFD).

El principal objetivo del diseño del perfil fue mantener un coeficiente de momento de cabeceo ligeramente positivo mediante un perfil de doble combadura o reflex, el cual es típico para alas voladoras, lo que se corroboró también para la configuración completa del ala, incluyendo las pruebas de planeo posteriores.

Desplome celda de sustentación (ala flexible) Se muestra una prueba aerodinámica para determinar el ángulo de desplome de una celda de sustentación del segundo prototipo del modelo "Pterodáctilo".

¡MURCIÉLAGO EN TÚNEL DE VIENTO! 🦇

En este video se muestra una serie de pruebas aerodinámicas en un túnel de presión de impacto (modelo TE-44) con la finalidad de determinar el grado de inestabilidad del modelo "Murciélago" para diferentes configuraciones.

Los resultados son claros: para la configuración de copa completamente abierta, la frecuencia de oscilación es baja comparada con el caso contrario (copa cerrada). Por otro lado, la amplitud de las oscilaciones para las tres configuraciones analizadas es prácticamente la misma.

Con base en la información recabada es posible determinar y aproximar la dinámica del "Murciélago" durante el vuelo, teniendo en cuenta diferentes velocidades de lanzamiento e incluso la altitud sobre el nivel del mar a la que será utilizado. ¡Así es como se diseña con ingeniería de por medio!

MURCIÉLAGO - TÚNEL DE VIENTO Prueba aerodinámica en túnel de viento para determinar el nivel de perturbación (amplitud y frecuencia) sobre la pelota para 3 configuraciones de copa.