Simulación de sonda para generar efecto giroscópico

Diseño de una plataforma para la
experimentación en un túnel de viento de
aletas para la generación del efecto
giroscópico
Asesor: Eduardo Liceaga | Matricula: 1577137
UANL ANDRES M. HERNANDEZ TREVIÑO

1
Diseño de una plataforma para la experimentación en un túnel de viento de aletas para la generación del
efecto giroscópico
INDICE
Capitulo 1.- INTRODUCCIÓN
1.- Sonda…………………………………………………………………………….3
2.- Método de Estudio y Análisis………………………………………………… .4
2.1.- Dinámica Computacional de Fluidos……………………………………….....4
2.2.- Túnel de viento………………………………………………………………...4
2.3.- Vorticidad……………………………………………………………………. 4
3.- Propósito………………………………………………………………………....5
Capitulo 2.- DISEÑO DE LA SONDA
4.-Configuracion de Nariz…………………………………………………………..6
5.- Configuración de Cuerpo………………………………………………………..6
6.- Configuración de Superficies……………………………………………………6
Capitulo 3.- DINÁMICA COMPUTACIONALDE FLUIDOS
7.- Sobre Dinámica Computacional de Fluidos……………………………………..8
7.1.- Análisis de Vorticidad…………………………………………………………8
7.2.- Contornos de Presión………………………………………………………... 10
7.3.- Velocidad………………………………………………………………………11
7.4.- Coeficiente de arrastre……………………………………………………… 12
Capitulo 4.- CALCULOS TEÓRICOS
8.- Cálculos de superficie Mojada………………………………………………….. 14
8.1.- Cálculos de Nariz…………………………………………………………….. 14
8.2.- Cálculos de Cuerpo………………………………………………………… 14
8.3.- Cálculos de Cola…………………………………………………………… 15
8.4.- Superficies…………………………………………………………………… 15
9.- Cálculos de Arrastre………………………………………………………… 15
10.- Cálculos de Arrastre Total…………………………………………………… 16
Capitulo 5.- MÉTODO Y OBTENCIÓNDE DATOS
11.- Elaboración del Prototipo…………………………………………………….. 18
11.1.- Elaboración del Banco de Pruebas…………………………………………. 18

2 ANDRES M. HERNANDEZ TREVIÑO
Capitulo 6.- DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
12.- Experimentación……………………………………………………………… 21
12.1.- Observaciones……………………………………………………………… 22
12.2.- Resultados…………………………………………………………………. 25
12.3.- Conclusiones………………………………………………………………. 26
REFERENCIAS.-…………………………………………………………..... 27

3
efecto giroscópico
CAPITULO 1
INTRODUCCIÓN
Desde los tiempos que datan a los hermanos Wright hasta nuestros días, se han llevado
a cabo experimentos, estudios, pruebas y análisis en lo referente a ciencia aeroespacial.
Aún y cuando gran parte de los resultados obtenidos no fueron conforme a lo esperado,
hemos aprendido de todos y cada uno de ellos.
Los magnos mecanismos tales como los aviones y los cohetes representan dos de las
industrias con mayor innovación y desempeño científico para el ser humano, la segunda
siendo una de las más exploradas. Un cohete está definido como
un vehículo, aeronave o nave espacial que obtiene su empuje por la reacción de la
expulsión rápida de gases de combustión desde un motor cohete. A ciertos tipos de
cohete se los denomina misil. En este cambio de nombre no interviene el tamaño o
potencia, sino que generalmente se llama misil a todo cohete de uso militar con
capacidad de ser dirigido o manejado activamente para alcanzar un blanco. Los hay
para aplicaciones militares, científicas e inclusive de juguete.
1. Sonda
En todos los cohetes, los gases son el producto de la combustión del propelente, el cual
se lleva en el interior del cohete antes de su liberación. El empuje de los cohetes se
debe a la aceleración de los gases de combustión, esto conforme a lo establecido por la
tercera ley de Newton.
El uso de estos artefactos es variable, se usan para acelerar, cambiar las órbitas, órbitas
de reentrada, para el aterrizaje completo si no hay atmósfera, y algunas veces para
suavizar un aterrizaje con paracaídas justo antes del impacto en tierra.
Ciertamente esta rama de la industria es de las más delicadas y que requiere mayor
precisión debido a lo que fallas e incidencias pueden provocar de manera consecuente.
Actualmente tenemos a nuestro alcance herramientas que nos permiten prever este tipo
de situaciones y con ello comprender si vamos por el camino adecuado, puntos muy
significativos si estamos hablando de algo tan delicado como un cohete. Lo ideal sería
analizar todos y cada uno de los diferentes puntos y elaborar un análisis que arrojara de
la manera más cercana un resultado aproximado a lo real.

2. Método de estudio y análisis
2.1.- Dinámica de fluidos computacional
Conforme a lo estipulado anteriormente resulta ideal contar con alguna herramienta
que anticipe una situación no deseada y partir de ese punto, elaborar un análisis más
acertado. La dinámica computacional de fluidos representa el concepto de análisis más
usado en estudios aerodinámicos preliminares. Haciendo uso de esta herramienta se
pueden analizar diversos escenarios, que van desde el deterioro de un edificio que
signifique ícono de arquitectura, hasta el comportamiento de capa limite y flujo de aire
alrededor de un fuselaje. Los resultados obtenidos por CFD (por su sigla en inglés)
permiten simular en forma rápida y eficaz del flujo de fluidos y la transferencia de
calor. Por medio de CFD es posible calcular las fuerzas de fluidos y comprender el
impacto de un líquido o gas en el rendimiento de un producto, así mismo permite
visualizar el comportamiento de diversas magnitudes como son presión, velocidad,
vorticidad, etc. Y con ello comprender el comportamiento de diversos mecanismos en
variados escenarios.
2.2.- Túnel de viento
Así mismo en lo referente a la ciencia aeroespacial, los científicos e investigadores se
han valido de máquinas que logran simular condiciones reales en espacios cerrados y
con ello permiten analizar el fenómeno real disminuyendo la incertidumbre y el factor
de riesgo.
Los túneles de viento son unos de los artefactos más usados en la industria para
elaborar acertados análisis referentes a capa límite, flujo turbulento o comportamiento
a velocidades crucero. Existen de 2 tipos, túneles abierto y cerrados respectivamente,
los primeros que solo permiten el flujo de aire en una sola dirección para después ser
liberado al medio ambiente y los segundos permiten que exista un flujo de aire en
movimiento sin ser liberado.
Con el uso de estos túneles se pueden prever numerosas variables y al mismo tiempo
observar el comportamiento del espécimen en relación con el flujo de aire, así como
variar la factibilidad de someter un objeto de estudio a diferentes condiciones y
compararlas.
2.3.- Vorticidad
El termino vórtice, según el diccionario de la Real Academia Española está definido
como un torbellino o remolino, de este concepto se deriva una explicación simple del
término “Vorticidad”, la cual se enuncia como una magnitud física que sirve para
cuantificar la rotación de un fluido.
Dicho concepto encuentra cabida en temas de mecánica de fluidos y aerodinámica.
En lo relacionado a tópicos aeroespaciales la Vorticidad significa uno de los temas más
importantes, ya que es en función de esta magnitud que se puede perder o ganar
sustentación.

5
efecto giroscópico
Algo similar sucede en el comportamiento de cohetes, el aumento de esta magnitud se
ve reflejado de manera negativa en lo relacionado a diferentes fenómenos
aerodinámicos. [1]
3. Propósito
Con el propósito de poder encontrar la configuración de sonda más óptima se llevaron a
cabo una serie de investigaciones previas a la utilización del túnel de viento. Las cuales
sirvieron para poder determinar cuál es la configuración más efectiva, a través de la
simulación del efecto de una perturbación, con el fin de verificar si se lograba mantener
bajo el efecto giroscopio en su punto de equilibrio y sin salir de su trayectoria para
obtener un vuelo seguro. También al llevar a cabo este experimento se pudo obtener
una estimación del coeficiente de arrastre, ya que con cuerpos que no son conocidos o
por así decirlo experimentales no se conoce el coeficiente de arrastre, por medio de esta
investigación fue posible obtener los datos para así poder comprobar los datos teóricos
y tener información más acertada en relación a su comportamiento real.

Capítulo 2
DISEÑO DE LA SONDA
4. Configuración de nariz
La configuración de la nariz fue elegida tomando en cuenta la capacidad de la misma
para no provocar mucho arrastre, ocasionado por el viento, el cuerpo romo de la nariz
ayuda a reducir el calentamiento, como se puede ver en los transbordadores, esto ayuda
a que la superficie del vehículo al momento de entrar a la atmosfera no se vean
afectados por la altas temperaturas a las que se llega durante el proceso.
5. Configuración de cuerpo
Para el cuerpo se utilizó una configuración cilíndrica simple con un final de tronco de
cono (boat tail) esto con el fin de reducir el arrastre en proyectiles subsónicos, causado
por el desprendimiento del aire al final del modelo, este tipo de terminación también
ayuda a que el cuerpo mantenga su trayectoria incluso cuando hay viento cruzado por
lo cual se utiliza en municiones, aviones y en este caso una sonda.
6. Configuración de superficies
Para este modelo se ha elegido un perfil NACA 0012, puesto que representa un perfil
simétrico al cual se le ha proporcionado un ligero ángulo de ataque, con la intención de
lograr que el modelo se estabilice mediante el giro sobre su propio eje, simulando el
funcionamiento de un giroscopio. Se optó por la utilización de este perfil ya que es un
perfil que se puede llevar a velocidades altas. [2]

7
efecto giroscópico
Figura. -2.1
Diagrama
levantamiento Vs.
Fuerza de
resistencia al
avance.
Figura. -2.2
Estructura
conceptual a escala
del perfil aprobado
/ avalado por la
National Advisory
Comitte for
Aeronautics
(NACA por su
sigla en ingles)

Capítulo 3
DINÁMICA COMPUTACIONAL DE
FLUIDOS
7. Sobre Dinámica de fluidos computacional
En estos análisis se adaptaron condiciones reales para poder aproximar los resultados
de CFD a los resultados que se efectuaron posteriormente, por lo que se tomó en
cuenta la presión que se encontraba en el túnel de viento, la velocidad determinada de
experimentación y las dimensiones reales tanto del túnel como de la cámara de
observación del túnel , esto con el fin de poder hacer una comparación entre los datos
reales contra los del software
7.1.-Análisis de vorticidad
Este análisis se ha llevado completamente a cabo a base del software ya que sobre el
modelo físico se implementó otro método para ver este efecto, el cual no es del todo
igual, por lo cual podemos ver como a diferentes ángulos de ataque sobre las
superficies estos cambiaron su patrón, indicando que estos generan más vorticidad,
predominando en la parte trasera de la sonda, en la cual si observamos a detalle,
conforme aumenta el ángulo se provoca una serie de cavidades entre las líneas de flujo
libre. Indicando que hay una generación de remolinos los cuales podrían llegar a
afectar el modelo, en cuanto a la viscosidad.[3] [4]

9
efecto giroscópico
Fig.3.1 vorticidad y viscosidad de Eddy a 10 grados

1
0
ANDRES M. HERNANDEZ TREVIÑO
7.2.- Contornos de presión
En los contornos de presión se puede observar un comportamiento muy similar en lo
referente a la zona del cuerpo, sin embargo en la parte posterior podemos ver como
cambia la presión tanto sobre las superficies como en la zona del tronco de cono que
expone una disminución de presión mayor sobre el de 10 grados, la cual produce un
arrastre mayor en esa zona
Fig.- 3.2
Contorno
de Presion
a 10
grados.
Fig.- 3.3
Contorno
de Presion
a 5 grados.
Fig.- 3.4
Contorno
de Presion
a 0grados.

11
efecto giroscópico
7.3.-Velocidad
En las figuras (3.4), (3.5) y (3.6) se puede observar que la velocidad de flujo libre no
perturbado en la simulación es la misma. Sin embargo, se expone que en ciertos
puntos, al tener contacto con el cuerpo estos se modifican. Esto a consecuencia del
rozamiento que hay del aire con el cuerpo y con las paredes del túnel. Este fenómeno
se puede observar con un color azul, así mismo se puede notar un cambio al momento
de que el aire impacta sobre la cola, así como a la salida de la sonda de los colores que
cambian. Dependiendo de cada configuración .
Fig.- 3.4
Velocidad
a 10
grados.
Fig.- 3.5
Velocidad
a 5 grados.

1
2
7.4.- Coeficiente de Arrastre
en las figuras (3.7) (3.8) (3.9) se puede apreciar los coeficientes de arrastre Cd que se
obtienen de cada modelo, el correspondiente a 0 grados Cd=.0003,el de 5 grados Cd=.0004
y por ultimo el de 10 grados Cd=.0005, debido a esto se puede inferir que la probabilidad de
que el modelo que presente el valor mas elevado en lo relacionado al concepto de fuerza
de resistencia al avance sea el correspondiente a 10 grados.
Fig.- 3.6
Velocidad
a 0 grados.
Fig.- 3.7
Cd a 0
grados.
Fig.- 3.8
Cd a
05grados.

13
efecto giroscópico
Fig.- 3.9
Cd a 10
grados.

1
4
Capítulo 4
CÁLCULOS TEÓRICOS
8. Cálculos de la superficie mojada de la sonda
 Para sacar la superficie mojada de la sonda fue necesario seccionar el cuerpo en 3
partes. En adición a las superficies de rotación. Por lo cual se separó en nariz,
cuerpo, cola y superficies. [7]
8.1.- Cálculos de la nariz
8.2.- Cálculos del cuerpo
Superficie = 2πRh
π = pi = 3.14159
R=0.012992m
h=0.04064m
SA=0.00332m2
Área de sección transversal =
𝜋ℎ𝑟
2
(3.1416)(.04064)(.012992 )
2
=. 000829 m2

15
efecto giroscópico
En este cuerpo solo se tomó en cuenta la superficie lateral ya que tanto como la
superior e inferior no afectan el coeficiente de arrastre debido a que no están en
contacto con el flujo
8.3.- Cálculos de cola
8.4.- Superficies
En base a la gráfica de arrastre contra ángulo de ataque, se puede obtener en número de
coeficiente de arrastre para cada uno de los modelos y así poder calcular el arrastre
debido a las superficies
Superficie lateral = 2(π r2) + h(2πr)
π = pi = 3.14159
r= 0.012992m
h=0.301434
Sl= 0.02567 m2
Área de sección transversal: Dh
=0.000783 m2
S = π * (r1 + r2) * s = π * (r1 + r2) * √((r1 - r2)2 + h2)
π = pi = 3.14159
r2=0.012992m
r1= 0.010668
h=0.028854
s= 0.00412 m2
Área transversal =. 000341 m2

1
6
9.- Cálculos de arrastre
Despejando el Cd de la siguiente ecuación se puede obtener el arrastre de cada
superficie
𝐶 𝑑 =
𝐷
1
2
𝜌𝑉2 𝑆
𝐷 =
1
2
𝜌𝑉2
𝑆𝐶 𝑑
10.- Cálculos de arrastre total
Los datos teóricos de la fuerza de arrastre son en base a experimentación y lecturas
que se obtienen por medio de la base de pruebas ya que esta pieza esta conformada por
diferentes figuras.[8] [9]
𝐶 𝑑𝑛𝑎𝑟𝑖𝑧+𝐶 𝑑𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 + 𝐶 𝑑𝑐𝑜𝑙𝑎 = 1.02 𝐶𝑓(1 +
1.5
𝑙
𝑑
3
2
)
𝑆
𝐴𝑡
tomando en cuenta el coeficiente de fricción que tiene el PLA, material del cual se
elaboró el modelo, se considera un coeficiente de fricción, Cf, de Cf = 0015.
𝐶 𝑑 = .049 @10 𝛂
𝐶 𝑑 = .023 @5𝛂
𝐶 𝑑 = .02 @0 𝛂

17
efecto giroscópico
𝑐 𝑑 𝑛𝑎𝑟𝑖𝑧,𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜,𝑐𝑜𝑙𝑎 = 1.02 (.0015)(1+
1.5
. 37
. 25984
3
2
)
. 03311
. 001953
𝑐 𝑑 𝑛𝑎𝑟𝑖𝑧,𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜,𝑐𝑜𝑙𝑎 = .048837
𝑐 𝑑 @10 𝛂 = .048837+ .049 = .097837
𝑐 𝑑 @5 𝛂 = .048837 + .023 = .071837
𝑐 𝑑 @0 𝛂 = .048837 + .020 = .068837
Se procede a calcular la fuerza de arrastre de cada modelo y contemplando una altura
de 537m sobre el nivel del mar se puede decir que la densidad es de 1.1684 kg/ m3
𝐷 =
1
2
𝜌𝑉2
𝑆𝐶 𝑑
𝐷@10𝛂 =
1
2
(1.1684)(20)2(.03311)(.097837) = 3.02688𝑁
𝐷@5𝛂 =
1
2
(1.1684)(40)2(.03311)(.071837) = 2.22249𝑁
𝐷@0𝛂 =
1
2
(1.1684)(40)2(.03311)(.068837) = 2.12968𝑁

1
8
Capítulo 5
MÉTODO Y OBTENCIÓN DE DATOS
11.- Elaboración del prototipo

19
efecto giroscópico
Por medio del software de CATIA se realizó un diseño en tercera dimensión. Este
después se exportó a coordenadas geométricas de una impresora de tres dimensiones
(3-D). La impresora facilitó mucho la fabricación del modelo.
11.1.- Elaboración del banco de pruebas
En favor de encontrar una manera factible de análisis para el comportamiento de un
cohete, se encontró la solución como se describe a continuación. Por medio de la
utilización de un banco de pruebas, diseñado para llevar a cabo mediciones de fuerza
de levantamiento, así como la fuerza de resistencia al avance mediante un sistema de
autoría propia. A su vez este sistema es capaz de recibir la implementación de un sub-
sistema con la facultad de incrementar la densidad del aire por medio de una reducción
en la entrada a la sección de pruebas. En esta se ven involucradas 2 celdas de carga que
prestan a dar mediciones para obtener el comportamiento de un cohete en el túnel de
viento al igual que una serie de anemómetros para obtener la velocidad del aire a la
entrada y salida, así como en algún área específica del volumen del sistema.[5]
El sistema por completo se divide en 3 variantes de medición que se describen como
sigue:
Método de obtención de sustentación
La primera variante consta de una serie de aditamentos debido a la necesidad de
modificar el aire una vez que entra en relación con el sistema y los diferentes
acoplamientos que se montan al inicio del volumen de la estructura de volumen
rectangular cerrado, este se comportara como si se tratara de un tubo Venturi, lo cual
puede ocasionar un cambio en la densidad del aire, al modificar la serie de aditamentos
al inicio de la estructura, se podrán utilizar para poder hacer distintas mediciones a
diferentes condiciones , que a su vez es de ayuda para reflejar resultados con diferentes
parámetros de prueba como lo es la velocidad, que si es posible cambiarla mediante
este sistema.
Seguido de la zona de aditamentos al inicio del banco se encuentra la balanza de
pruebas dentro del volumen de la estructura rectangular. Con el fin de no tener un
cambio mediante toda la zona de pruebas, dentro del sistema de esta balanza se
encuentran 2 subsistemas de medición que corresponden a la fuerza de resistencia al
avance y la fuerza de sustentación, normalmente un cohete no contaría con una fuerza
de sustentación, ya que se dirige en una sola dirección pero como se trata de un banco
de pruebas para prototipos; el concepto podría llegar a ser útil para comprobar este
dato, por lo cual se optó por la implementación de un sistema a base de momentos el
cual medirá la fuerza de levantamiento al final de la balanza como se muestra en el
siguiente esquema.

2
0
Por medio de los momentos que se generen a partir de la fuerza del modelo, la celda
será capaz de medir la sustentación que se pueda generar sobre el modelo y por lo
tanto dictaminar que tendrá un desempeño estable al momento de estar en vuelo
Por medio de la balanza, en la cual se puede montar el cohete a probar, se encontró
una manera para medir la fuerza de resistencia al avance, sin que el aparato a utilizar
fuera muy voluminoso y este interfiriera con el flujo del viento. Ya que esto crearía
que se tuviera una serie de fenómenos como turbulencia entre otros, que a su vez
podrían entorpecer la obtención de los datos de fuerza. Por lo cual se utiliza una barra
la cual está sujeta la celda de carga, esto por medio de un buje que a su vez se
ensambla con otra pieza, que sujeta rodamientos lineales (rodamientos Thomson ) para
facilitar el movimiento de adelante hacia atrás del cohete en prueba como se ilustra en
el esquema del sistema en la parte de abajo.
Mediante este sistema se logra la medición de la fuerza de resistencia al avance, ya que
el espesor de este sistema no rebasa la circunferencia del modelo. Con este dispositivo
se evita obtener mediciones inesperadas del modelo en la celda de carga.

21
efecto giroscópico
Este sistema se encuentra instrumentado por medio de una tarjeta Arduino Leonardo,
un código de Matlab © y un sistema de filtración de señales altas y bajas. Esto último
con el fin de obtener una lectura confiable para el modelo sujeto a las diversas cargas
aerodinámicas y mecánicas en el túnel de viento. De esta forma se pueden medir las
fuerzas de resistencia al avance. La configuración ayuda para obtener una señal la cual
se procesa y arroja los datos directamente a matlab
El último método de obtención de datos es mediante un tacómetro laser. Este facilita
la medición de las revoluciones por minuto a las que giran los 3 distintos modelos, a
cada modelo se le incluyo una cinta reflejante, para que con esto, el tacómetro sea
capaz de registrar la velocidad de giro y así poder dictaminar que tan efectivo será el
efecto giroscópico al momento de ser puesto en prueba.[6]
Capítulo 6
DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
12.- Experimentación
Para poder obtener los rangos de la celda de carga fue necesario probar diferentes
pesos ya predeterminados, para con ello, obtener conocimiento como dar lugar a la
medición por parte de la celda de carga. Por lo cual se utilizaron pesas de calibración
para poder llegar a los datos que se presentan a continuación en la figura.-19 los cuales
exponen lo siguiente. Como es evidente el primer dato corresponde al valor de 50
gramos. Con los datos obtenidos en esta gráfica se pueden recabar los datos de cada
prueba y así poder obtener la fuerza de resistencia al avance y de esa manera obtener
la configuración más eficiente.

2
2
Se establecieron 3 modelos en el túnel de viento como se muestra en la siguiente
figura.-5.1. Cómo se puede observar, el modelo se encuentra dentro del túnel de viento
e instrumentado con 2 celdas de carga, una que mide la fuerza de levantamiento, que
en este caso como no tiene superficies de sustentación, se ha implementado por
motivos de seguridad solitariamente, así mismo la celda de fuerza de resistencia al
avance la cual ayuda a medir el impedimento del aire por el avance del modelo, con
esto se dio lugar para llevar a cabo las mediciones que serían de ayuda para determinar
el cumplimiento del efecto giroscópico y cuál era el más eficiente a diferentes
velocidades. Durante el proceso experimentación se contó con el uso de un
anemómetro de cucharas con el cual se obtuvieron mediciones de presión al igual que
de temperatura en el túnel de viento, mismo que exhibió que posee un fenómeno de
calentamiento por lo cual las condiciones tenían variaciones en la temperatura, la
presión se mantuvo constante durante los experimentos completos sin tener
variaciones, sin embargo lo mismo no se puede decir de la humedad relativa y la
densidad ya que con el aumento de la temperatura estos fueron cambiando, esto se
debió a que el túnel de viento es carente de un sistema de refrigeración para mantener
esto controlado y a las medidas adecuadas las temperaturas lograron oscilar entre los
21grados centígrados hasta un máximo de 39 grados por lo cual se lleva un registro de
los cambios que fueron de suma importancia para concluir este experimento.[7]
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
0.140
50 55 60 65 70 75 80 85 90
voltajedelacelda
peso en gramos
Datos del sensor (fuerzade
resistenciaal avance)
datos del
sensor
Linear
(datos del
sensor)
Fig.6.0

23
efecto giroscópico
12.1.-Observaciones
Entre las observaciones que se pueden apreciar en la figura 5.2 y 5.3, debido a que la
fuerza de Resistencia al avance incrementa muy considerablemente al cambiar el
ángulo de las superficies, en el modelo de 5 grados la máxima fuerza de resistencia al
avance fue de 10 Newton aproximadamente. Mientras que en la del modelo de 10
grados se alcanzaron casi 33 Newton. Comparando estos máximos a las mismas
velocidades. El modelo de 0 grados no fue capaz de marcar ya que su fuerza de
resistencia al avance fue mucho menor de lo esperado
25
27
29
31
33
35
37
39
41
43
45
47
49
51
53
55
4 14 24 34
Velocidad(m/s)
fuerza de resistencia al avance (N)
velocidad vs.fuerza
(modelo 5 grados)
Fig.6.1
Fig.6.2

2
4
en cuanto a las rotaciones del modelo se puede observar en las figuras.-5.4 y 5.5 que el
modelo de 10 grados es superior, no así en la de 5 grados, que tiene la capacidad de
regresar a su punto de estabilidad después de la perturbación por lo cual ambas
configuraciones son buenas para lograr cumplir el objetivo de alcanzar el efecto
giroscópico por lo que no se descarta ninguna de estas 2 configuraciones, en la tercera
configuración de cero grados no se fue posible marcar alguna revolución por lo cual
fue descartada.
25
27
29
31
33
35
37
39
41
43
45
47
49
51
53
55
4 9 14 19 24 29 34
velocidad(m/s)
fuerza de resistencia al avance (N)
velocidad vs. fuerza
(modelo 10 grados)
0
10
20
30
40
50
60
0 500 1000 1500 2000
velocidad(m/s)
Revoluciones por minuto
Velocidad vs RPM (5grados)
Fig.6.3
Fig.6.4

25
efecto giroscópico
en lo referente a la temperatura se puede observar la influencia directa en la
velocidad ya que como se puede observar a medida que la temperatura aumenta la
velocidad toma un giro drástico, esto debido a que el cambio de la temperatura se
ve reflejado en la densidad directamente y por ende la velocidad del modelo en los
2 casos se ve presente este mismo efecto secundario.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 500 1000 1500 2000 2500
velocidad(m/s)
Revoluciones por minuto
velocidad vs. RPM (10 grados)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 10 20 30 40
velocidad(m/s)
Temperatura grados centigrados
Velocidad vs Temperatura(5
grados)
Fig.6.5
Fig.6.6

2
6
12.2.- Resultados
 Durante el proceso de cálculo de la densidad de los modelos, una vez que estos
llegaron a una velocidad de 40m/s fue posible obtener los siguientes valores como
sigue, con ayuda de la formula cipm-2007. [11]
𝜌 =
0.34848𝑝 − 0.009ℎ 𝑟 exp(.06𝑙𝑡)
273.15 + 𝑇
 𝜌 densidad del aire
 𝑃 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑝𝑎𝑠𝑐𝑎𝑙𝑒𝑠
 ℎ 𝑟humedad relativa
 T temperatura en centígrados
 Obteniendo los resultados a 40m/s como los obtuvimos teóricamente podemos
comparar con los resultados reales del experimento [4] [10] :
𝐷 =
1
2
𝜌𝑉2
𝑆𝐶 𝑑
𝑝𝑎𝑟𝑎 10 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠
7.951070336𝑁 =
1
2
(1.1597
𝑘𝑔
𝑚
) (40)2
(.03311)𝐶 𝑑
cd=.25884
para 5 grados
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50
velocidad(m/s)
Temperatura grados centigrados
velocidad vs.
Temperatura(10grados)
Fig.6.7

27
efecto giroscópico
5.912334353𝑁 =
1
2
(1.1634
𝑘𝑔
𝑚
)(40)2
(.03311)𝐶𝑑
cd=.191858
Cd
fluent
Cd
teorico
Cd
experimental
Temperatura
Grados
centigrados
velocidad
A 0
grados
.0003 . 068837
N/a
36 40m/s
A 5
grados
.0004 . 071837 .191858 35 40m/s
A 10
grados
.0005 .097837 .25884 39 40m/s
12.3.- Conclusiones
En conclusión se puede decir que en base a la eficiencia y obtención del efecto
giroscópico esperado, se puede decidir que la configuración de 5 grados es la dio los
mejores resultados, ya que logra cumplir con el efecto giroscópico para poder regresar
a su trayectoria original, así mismo tiene una fuerza de resistencia al avance menor, la
cual es crucial para poder tener rangos de velocidad más altos, lo cual ayudará a poder
llegar más lejos con un consumo de combustible menor. Por otro lado, se pudo obtener
el coeficiente de arrastre de los modelos y fue posible ver que difieren los cálculos
reales y los ideales tuvieron una diferencia de .161003 para el de 10 grados mientas
que para el de 5 grados fueron de .120021, ya que con condiciones que están fuera del
control humano no se puede llevar a cabo un experimento perfecto como lo es la
temperatura dentro del túnel de viento al igual que el nivel de excelencia en los
equipos de medición.
Referencias
 [1]
Brian Marshall , how stuff Works 2005
http://science.howstuffworks.com/rocket.htm
 [2]
Gunter Dirk Krebs 1996-2015 , Gunter space page

2
8
http://space.skyrocket.de/
 [3]
http://www.solidworks.es/sw/products/simulation/computational-fluid-
dynamics.htm
 [4]
Anderson, John D. (1995). Computational Fluid Dynamics: The Basics With
Applications. Science/Engineering/Math. McGraw-Hill Science. ISBN 0-07-
001685-2
 [5]
BARLOW, B. J.; RAE W. H., POPE A. (1999). Low Speed Wind Tunnel
Testing (en inglés)
 [6]
BENDAT, J.S; PIERSOL A.G. (1986). Random Data-Analysis and Measurements
Procedures. Wiley, New York.
 [7]
http://www.calculatorsoup.com/calculators/geometry-solids/surfacearea.php
 [8]
http://adg.stanford.edu/aa241/drag/wettedarea.html
 [9]
bertin jhon j. (2014) aerodynamics for engineers, Pearson,isbn:-13 : 978-0-13-
283288-5
 [10]
http://www.dolzhnos.com.ar/htm/densidad_del_aire.html
 [11]
Luis Manuel Pena Pérez- 2010- Impacto de la nueva fórmula de densidad del aire,
Centro Nacional de Metrología CENAM_SM2010-S1A-3
https://www.cenam.mx/sm2010/info/pmiercoles/sm2010-mp03a.pdf

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