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ELEMENTOS DEL FLUJO HIPERSÓNICO

Britani Zurita Reque Ingeniería Spanisch

Inhalt der Mindmap

ELEMENTOS DEL FLUJO HIPERSÓNICO

  1. Flujo Hipersónico (Mach > 5) Condiciones extremas: presión, temperatura, densidad.

    • Aspectos Cualitativos del Flujo
      • Capas de choque delgadas: Cercanas a la superficie del cuerpo.
      • Interacción viscosa: Capa límite gruesa → más fricción y calentamiento.
      • Temperaturas extremas: Hasta 11,000 K → disociación, ionización (O₂, N₂).
      • Transferencia de calor: Convección (dominante a velocidades típicas). Radiación (dominante a velocidades extremas).
  2. Teoría Newtoniana

    • Aplicación al régimen hipersónico
      • La capa de choque es extremadamente delgada y se encuentra muy próxima a la superficie del cuerpo.
        • Las líneas de corriente parecen impactar directamente la superficie, como sugiere el modelo de Newton.
          • El flujo detrás del choque se comporta de forma similar a una lluvia de partículas que choca y se desliza sobre la superficie.
    • Ley seno-cuadrado:
      • la presión sobre una superficie inclinada un ángulo θ con respecto al flujo libre
        • es proporcional al cuadrado del seno del ángulo de incidencia
          • relaciona directamente la geometría del cuerpo con la presión aerodinámica ejercida por el flujo.
          • en geometría tridimensional, esta expresión puede escribirse como:
            • Cp​=2cos2ϕ
              • donde ϕ es el ángulo entre la normal a la superficie y la dirección del flujo libre.
    • Se basa en un modelo conceptual propuesto por Isaac Newton, donde se asume que el flujo está compuesto por partículas que:
      • Impactan directamente contra la superficie del cuerpo.
      • Pierden completamente su componente de velocidad normal a la superficie.
      • Conservan la componente tangencial.
      • Calcular la fuerza aerodinámica como la tasa de cambio de momento normal transferido a la superficie.
        • Genera una fuerza neta que actúa perpendicular a la misma.
    • Validación del modelo con conservación del momento
      • En el punto de estancamiento, cuando el número de Mach tiende a infinito, la presión alcanza su valor máximo, y se demuestra que:
        • Cp​≈2
          • Este valor es el límite superior teórico del coeficiente de presión
    • Teoría newtoniana modificada
      • ajusta el valor de Cp utilizando el coeficiente de presión máximo obtenido de la teoría del choque normal:
        • Cp=C_(p,maˊx) 〖sen〗^2 θ
          • permite aplicar la teoría a cuerpos reales donde el valor máximo de presión en el punto de estancamiento es menor a 2, debido a que el Mach es grande pero finito.
  3. Sustentación y Resistencia de Alas a Velocidades Hipersónicas

    • la placa plana en ángulo de ataque se utiliza como un modelo idealizado para analizar el comportamiento aerodinámico de alas y superficies delgadas.
    • Coeficientes aerodinámicos según la teoría newtoniana
      • En la cara inferior de la placa, expuesta al flujo directo, la presión es máxima y se calcula como
        • Cp,l​=2sin2α.
      • En la cara superior, que permanece en sombra respecto al flujo, se asume
        • Cp,u​=0.
      • La fuerza resultante (normal a la superficie) se descompone en:
        • Sustentación: CL=2sin⁡2α
          • Resistencia: CD=2sin⁡3α
    • Relación L/D y comportamiento con el ángulo
      • L/D​=cotα
        • muestra que la eficiencia aerodinámica es máxima a ángulos pequeños y decrece con el aumento del ángulo de ataque.
          • El coeficiente de sustentación alcanza su valor máximo en α=54.7∘ por razones puramente geométricas
            • aunque la fuerza normal total sigue aumentando, su proyección vertical (la sustentación) comienza a disminuir por la acción del coseno.
    • Efectos de la fricción
      • se incorpora el efecto de fricción (mediante el coeficiente CD,0CD,0​), la resistencia total se convierte en:
        • CD​=2α3+CD,0​
          • Y la sustentación para ángulos pequeños es:
            • CL​=2α2
              • Lo cual da una nueva expresión para L/D:
                • L​=2α3+CD,0​2α2​
                  • demuestra que el valor máximo de L/D ocurre en:
                    • αoˊptimo​=(CD,0​)1/3y(DL​)maˊx​=(CD,0​)1/30.67​
                      • A mayor fricción, menor eficiencia aerodinámica.
                      • El ángulo de ataque óptimo se ajusta según el nivel de fricción superficial.

Informationen

Beschreibung
Ingeniería Mindmap am ELEMENTOS DEL FLUJO HIPERSÓNICO, erstellt von Britani Zurita Reque am 19/05/2025.
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Verlauf
  • Erstellt von Lucy Nirta · 18 Mai 2025
  • Kopiert von Britani Zurita Reque · 19 Mai 2025
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