Tema 3

RESISTENCIA AERODINÁMICA DE MISILES

Saúl Mollá Cuesta

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN

2. CONTRIBUCIONES A LA RESISTENCIA AERODINÁMICA

3. RESISTENCIA CON ÁNGULO DE ATAQUE NULO

3.1. General

3.2. Resistencia de Onda

3.2.1. Resistencia de Onda del Fuselaje

3.2.2. Resistencia de Onda de Alas y Controles

3.3. Resistencia de Base

3.4. Resistencia de Fricción

3.4.1. Resistencia de Fricción al Fuselaje

3.4.2. Resistencia de Fricción de Alas y Controles

3.4.3. Resistencia de Fricción Total

3.5. Resistencia Parásita de la Configuración Completa

4. RESISTENCIA DEBIDA AL ÁNGULO DE ATAQUE

¿Qué es la resistencia aerodinámica?

Llamamos resistencia aerodinámica (D), a la componente de la fuerza que sufre un misil, al moverse a través del aire en la dirección de la velocidad relativa entre el aire y el misil. La resistencia es siempre de sentido opuesto a dicha velocidad, por lo que habitualmente se dice de ella que es la fuerza que se opone al avance de un cuerpo a través del aire.

Al igual que con otras fuerzas aerodinámicas, se utilizan coeficientes aerodinámicos que representan la efectividad de la forma de un cuerpo para el desplazamiento a través del aire. Su coeficiente asociado es conocido como coeficiente de resistencia (CD).

Siendo:

D= Resistencia Aerodinámica

ρ= Densidad atmósferica (altura determinada)

V= Velocidad

S= Superficie de referencia = área frontal máx. del fuselaje

Componentes de la resistencia aerodinámica

Las dos componentes básicas de la resistencia aerodinámica son:

- Resistencia con ángulo de ataque nulo o “resistencia parásita” (D0)

- Resistencia ocasionada por las fuerzas normales presentes cuando existe un ángulo de ataque (Di).

Cada uno de los sumandos de la resistencia está formado por la aportación de las distintas partes del misil. Consideraremos tres partes principales:

-Fuselaje

-Alas

-Controles

RESISTENCIA CON ÁNGULO DE ATAQUE NULO

Cuando el ángulo de ataque es nulo, la resistencia parásita, estará dirigida según el eje del misil, dadas las características de simetría del mismo, que hacen que la línea de sustentación nula coincida con dicho eje.

Si el ángulo de ataque no es nulo, la resistencia aerodinámica se opone a la velocidad y formará el ángulo de ataque con el eje del misil. En este caso, tendría dos sumandos: D0 y Di

La resistencia parásita está compuesta de tres sumandos:

O también:

D parásita = D frontal + D de base + D de fricción

-Resistencia frontal (Df): es debido a la diferencia de presiones en sentido axial a lo largo de las superficies frontales y laterales del misil.

*En supersónico, su origen principal son las diferencias principales a ambos lados de las ondas de choque que aparecen en la ojiva, alas… Por eso en supersónico esta componente se denomina “resistencia de onda” (Dw)

*En subsónico, su valor es mucho más pequeño y en bastantes casos es despreciable frente a los otros dos sumandos.

-Resistencia de base (Db): se debe a la fuerte depresión que se crea detrás de un cuerpo cuya superficie final en la cola es perpendicular a la dirección de alcance.

*Un cuerpo fuselado totalmente no tiene esa superficie final plana transversal, y su resistencia de base será nula.

*Los misiles normalmente acaban con esa sección plana transversal (donde se encuentra la salida de gases), lo que ocasiona que se cree esa depresión (tanto en subsónico como en supersónico) que dará lugar a esta resistencia.

La suma de “resistencia frontal” y “ resistencia de base” se denomina “resistencia de presión o de forma”

-Resistencia de fricción (DF): se crea por el rozamiento de las capas de aire como fluido viscoso dentro de la capa límite, al existir en esa capa un fuerte gradiente de velocidades en dirección normal a la superficie del cuerpo.

RESISTENCIA DEBIDA AL ÁNGULO DE ATAQUE

Es el incremento de resistencia adicional que se presenta al misil cuando el ángulo de ataque no es nulo.

Se le llama resistencia inducida aunque no es totalmente exacto:

*Resistencia inducida es la fuerza que se crea en la dirección de la velocidad como una componente de la fuerza normal

*La fuerza normal (debida al ángulo de ataque) crea además otra fuerza llamada “fuerza viscosa debida a la fuerza normal”.

Esta fuerza se deriva del incremento del espesor de la capa límite cuando aumenta el ángulo de ataque, lo cual origina un incremento de la resistencia del perfil (tanto de la de presión como la de fricción).

La resistencia debida a la fuerza normal es la suma de estas dos, pero siendo la segunda muy pequeña en la mayoría de caso, tomamos la denominación de resistencia inducida para el total.

De la figura vemos que:

Siendo: CL = Coeficiente de sustentación

CN = Coeficiente de fuerza normal

Cx = Coeficiente de fuerza axial

Si α=0

Si α≠0

Por tanto:

Si denotamos como la pendiente de sustentación entonces:

cte

Y podremos expresar:

Si llamamos:

“factor de incremento de resistencia”

En supersónico el valor de k es aproximadamente :

Y por tanto:

En subsónico: A = alargamiento

= constante dependiente de la forma del ala

Si no disponemos de los datos de , podemos utilizar

para todo el rango de número de Mach, puesto que es conservativo en subsónico y muy aproximado en supersónico.

Todo lo anterior lo hemos realizado suponiendo que existe ángulo de ataque pero no existe deflexión del control.

Si existe deflexión de control (δ) existirá también un incremento de sustentación (N)δ, y su coeficiente aerodinámico (CN) δ . Por tanto podremos definir el coeficiente de resistencia debido a δ como: