Informe de Avance: Coanda UFO

En la presente entrega se hará hincapié en la manufactura del Coanda UFO (platillo volador).

Las necesidades básicas de la elección de los materiales son cruciales en la sustentación y resistencia que presente al curso del aire; por lo que elegimos los materiales basándonos en los siguientes aspectos:

- Peso.
- Calidad de Superficie (lo más lisa posible).
- Resistente a golpes moderados (resistir como mínimo su propio peso).

Con lo cual pudimos determinar que los materiales óptimos para la manufactura son: cartón piedra y cartón recubierto.

El cartón piedra se utilizó como material estructuran; con el cual se pudo hacer la manufactura del esqueleto del Coanda UFO; en ello se puede apreciar en la siguiente fotografía:


Figura 1: Esqueleto estructural del Coanda UFO, consistente en guías de cartón piedra, adheridas a 3 anillos de cartón piedra; uno muy pequeño en la parte superior; uno de diámetro 13 cm. en el centro (ver fotografía) y uno inferior de diámetro 31 cm. Con ello se tiene la Primera parte del trabajo; el esqueleto del Coanda UFO.

Luego se procedió a realizar el fuselaje del Coanda UFO; para lo cual se utilizó un cartón recubierto metálico; y se adhiere al esqueleto, o estructura; con un pegamento sencillo y liviano, la silicona transparente; además que actúa como un gran sello frente a posibles fugas de aire en el paso de este por la superficie o fuselaje del Coanda UFO.

Luego de adherir las diferentes partes; se logra una cúpula sellada al paso del aire, además de presenta una superficie suave y lo más lisa posible.


Figura 2: Manufactura completa de la cúpula del Coanda UFO; sellada y lo más lisa posible para permitir la correcta adherencia del aire a la superficie de este, cubierta con cartón recubierto; presenta una gran estabilidad frente a impactos y permite al esqueleto de la estructura presentar mayor resistencia.

Adicional a ello; se ha procurado presupuestar y adquirir el motor que se requiere para el funcionamiento del dispositivo; el motor parte importante; se instalara en la parte superior de la cúpula, ya que en esta zona ocasionaría mayor flujo de corriente.


Figura 3: Motor del Coanda UFO; instalada en la cúpula debe estar fuertemente sellada por efectos de vibración. Esto permitirá que el conjunto pueda estar bajo el constante flujo de corriente producido por el motor que funciona a 7.2-8.2 Volt y a 6.000 r.m.p. aproximadamente.

Adjunto a esto; se agregara la hélice que permitirá la acción ya mencionada.


Figura 4: hélice del Coanda UFO; se coloca fácilmente al motor gracias a pernos que posee el eje.

A continuación, se instalara en la parte superior del platillo una cubierta circular que facilitaría la operación del conjunto hélice-motor, esto produciría concentrar el flujo de corriente en dirección vertical permitiendo así cumplir con nuestro objetivo en cuestión; mayor adherencia a las paredes (efecto Coanda).


Figura 5: Cubierta circula superior del Coanda UFO; se adhiere a la cúpula para concentrar el flujo producido por el motor.

Y por último, como gran desafió y bajo a varios tipos de prueba se decidirá insertar la batería del motor en el platillo o estará en forma externa conectada al motor por un cable liviano de gran longitud.

Precios de Materiales.


Calendario de Trabajo despues de la entrega I
El siguiente calendario sigue nuestros avances.


Calendario de Trabajo (restante).



En el presente calendario de trabajo se representan y planifican las últimas 2 semanas de trabajo (10 días hábiles) con un fin de semana; el cual será utilizado en la manufactura del póster para exponer al público. La primera semana, muestra la última semana de manufactura del Coanda UFO; mientras que en la semana siguiente, se realizan las pruebas de vuelo finales y además, se prepara la presentación a realizar el viernes 16 de Noviembre.

Avance del Proyecto: Motor.

El motor cuyas dimensiones deben ser favorables para elevar el platillo debe cumplir con requisitos mínimos adicionales para cumplir con esta tarea. Su capacidad debe estar cerca del rango 1:2 del motor original debido a que la construcción del platillo fue diseñado a esta escala.

Por otro lado las especificaciones del motor son las siguientes:
Marca: GWS
Modelo: EPS 300c
Batería sugerida: 270-600 mAh
Voltaje sugerida: 7.2-8.2 V

Motor:








helice:




Conjunto:






Desafíos:

* La forma del motor no es simétrico por ende debemos compensar de alguna forma el problema. La solución es elaborar un contrapeso para remediar la dificultad del centro de masa de tal forma que este en su eje de simetría.
* La instalación del motor en la cúpula. Puede estar inserta dentro o fuera de la cúpula esto afectaría las líneas de corriente que produciría el motor. Debemos estudiar cual es la posición optima para ejercer mayor cantidad de líneas de corriente (aire en el sentido común)
* La hélice no debe exceder el tamaño del rango estimado.

ref: tienda MIREX

Avances del Proyecto: Construccion de la Cupula o Domo

Originalmente la cupula esta hecho de plastico Depron; un material liviado y resistente, sin embargo para efectos economicos, dimensiones (mas pequeño) y accesible utilizaremos carton piedra para los pilares de la extructura y cartulina plateada para cubrirla.

Acontinuacion los planos del proyecto:



Construccion del armazon:





Cubierta:





Notas:
- La escala del plano es alrededor de 1:2.
- Se utilizo La gotita pega, uhu y silicona liquida como pegamentos.
- Fecha de construccion 13 al 18 de octubre.

ref: http://jlnlabs.online.fr/gfsuav/gfsuavn01a.htm

Video De Muestra: Platillo Volador

Proyecto: Coanda UFO

 

 Basado principalmente en el modelo de Jean-Louis Naudin; que consiste en utilizar el aire (fluido) para elevar una superficie curva similar a una cúpula o domo; utilizando la viscosidad de este fluido; o mejor dicho el arrastre que nos proporciona el movimiento del aire, como base de elevación de este aparato (efecto Coanda).

Figura 3: Esquema de corte del Coanda Ufo, como sigue la forma del platillo.

 Una forma más clara de comprender este fenómeno es observado las líneas de flujo del aire en la figura 3; la cual representa como viaja el fluido en la superficie determinada por el platillo; esta superficie es más bien ovalada con pequeños detalles en su forma con el propósito de permitir la mejor adhesión del aire sobre la superficie, Por otro lado, desde el punto de vista de Bernoulli el aire que pasa sobre la superficie ovalada reduciría la presión en su zona superior haciéndolo elevarse. Estas dos formas de analizar el fenómeno se debe principalmente por la acción de un motor que produce un flujo de aire hacia abajo.

 Para mostrar lo significativo que puede ser el efecto Coanda, hemos decidido construir una especie de cúpula, la cual provista de una hélice, logra despegar gracias a ésta y al flujo de aire que escurre por sus paredes, generando un efecto anti-gravedad.
 Este verdadero “platillo volador”, ya ha sido construido antes por aficionados del tema, quienes al utilizar materiales livianos y un motor eléctrico no muy eficiente, han logrado el despegue.

Fig.4: El prototipo consiste básicamente en un armazón de plástico, el cual se cubre con verdaderos “pétalos” de espuma plástica delgada, formando una cúpula ultra liviana de 60 cms. de diámetro.

 En la parte superior se encuentra la hélice con el motor, el cual funciona a 20 A de intensidad y a 12.000 r.p.m.
 El prototipo terminado pesa aprox. 500 gramos, por lo que gracias a la hélice y a su peculiar forma que aprovecha bastante el efecto Coanda, logra despegar sin problemas.

Desafíos:
• Reducir el tamaño y la energía del motor eléctrico.
• Elevar el “Platillo Volador”.

Referencias:
Teoría: http://jlnlabs.imars.com/gfsuav
Noticias: http://axxon.com.ar/not/133/c-1330088InfoAvionTeledirigido.htm
Diseño: http://jlnlabs.imars.com/gfsuav

Efecto Coanda

 El Objetivo de Mecánica de fluidos como ingeniería es conocer y entender los principios, propiedades y problemas que afectan los fluidos. De esta forma todas las interacciones de un cuerpo sólido con un líquido; sin importar su naturaleza, siendo organismos vivientes como aves o peces, como objetos creados por el ingenio humano como los aviones. Todos ellos actuan de la misma forma e implican un flujo del fluido sobre un límite sólido. Así, se puede decir que la dinámica fluida es la ciencia del efecto Coanda.
 En teoría el efecto Coanda es un fenómeno relacionada con el movimiento de los fluidos (sea aire o líquido) que es similar al efecto Bernoulli, que tiende a adherirse a una superficie y a fluir a lo largo de ella. En otras palabras Henri Coanda observó que una corriente de líquido o de gas, tiende a abrazar un contorno convexo cuando está dirigida en una tangente a esa superficie. Sin embargo tiene sus limitaciones tanto en el tipo del fluido a utilizar, como la geometría del cuerpo, entre otros características que pueden afectar este efecto.

Fig. 1: Forma de que el flujo de aire sigue la superficie curva; todo ello debido a la viscosidad de este, en primer caso podemos apreciar que el efecto no se aprecia, debido a que no posee una curvatura, sino un cambio brusco en la superficie; lo que corta la fuerza relacionada con la viscosidad. En el segundo caso la adherencia sobre la superficie del cuerpo se mantiene debido a que este cambio no es brusco; además de que no genera un pequeño vacío como en el anterior caso; por lo que el aire tiende a seguir la forma por esta fuerza relacionada con la viscosidad.

 De este efecto se pueden apreciar múltiples aplicaciones en nuestro entorno, ya sean sucesos cotidianos o usos prácticos de éste para la satisfacción de las necesidades humanas. Entre las primeras encontramos ejemplos tales como el de una cuchara por la cual dejamos escurrir agua en dirección vertical. También podemos presenciar este efecto al analizar el lanzamiento de una pelota que va girando, al acercar un secador de pelo al papel higiénico (pareciese que volara), entre otros ejemplos. Por otra parte tenemos aplicaciones en el automovilismo, y en especial en la Fórmula 1, este caso este efecto es utilizado para canalizar el aire en ciertos lugares que se desee del chasis del automóvil o monoplaza, sin tener que desdoblarlo en demasía; evitando las resistencias aerodinámicas que generaría. Este efecto es primordial en la aeronáutica. Es importante mencionar que Henri Coanda fue pionero en la construcción de aviones a propulsión. Se pueden mencionar curiosas investigaciones se han hecho en este último ámbito sobre aviones que tienen la forma de platillo, alrededor de 1950 los soviéticos trabajaron en un prototipo llamado Ekip (un avión teledirigido que parece plato volador), equivalentes de éste son Flying Flapjack, un avión de guerra a propulsor, con aspecto de Frisbee, y Avrocar un platillo a turbina diseñado por Canadienses, entre otros estudios o experimentos que se han o se encuentran en desarrollo.
 Aplicado a la aeronáutica. Inicialmente, se observó que el flujo de aire se pega a una superficie curva (igual que otros fluidos) lo que aplicado al diseño de un avión dio como resultado el aumento de la elevación de la mayoría de las aeronaves, que son levemente curvas, lo cual incentivó a que ingenieros intentaran hacer aviones totalmente curvos (tal como un platillo volador).
 El avión en sí, está expuesto a la fuerza de gravedad (descrita por newton) y a la resistencia del aire (fuerza de roce) por lo que si vencemos estas dos restricciones el avión podrá volar. Para este propósito se usa un motor conectado a grandes hélices que giran velozmente o motores de propulsión a chorro en conjunto con el diseño del avión (que aprovecha el efecto Coanda, o mejor dicho aprovecha la viscosidad del fluido). En el diseño son muy importantes las alas ya que por ellas fluye el aire, al adosarse este a la superficie curva genera una fuerza resultante anti-torque perpendicular a dicha superficie (lo que explica que se mejore la elevación de los aviones, respecto de versiones anteriores de ala).

Fig. 2: Esquema de cómo se comporta un ala; como el fluido (aire) sigue alrededor de la misma; provocado por la viscosidad del aire; se aprecia que el aire demora mucho más en pasar por la parte superior que la parte inferior, por lo que provoca una diferencia considerable de velocidades entre la parte superior y la inferior.

Henry Coanda (1886-1972)

Nacido de Bucarest; su padre general y profesor de matemáticas en la Escuela Nacional de Puentes y Caminos; su madre hija del conocido Físico Francés Gustave Danet; no hubo dudas de su intelecto y capacidad, desde pequeño obtuvo fuertes influencias en las ciencias, pero su mente siempre estaba en los cielos. Entró a la escuela militar, por decisión de su padre, y salió de ahí con el grado de Sargento Mayor; luego prosiguió sus estudios en la Escuela de Ingeniería Militar de Artillería y Marina de Bucarest; donde sale con el grado de Oficial de Artillería; pero su interés estaba en los problemas técnicos de vuelo; así en 1905 construye un aeroplano misil para el ejército Rumano. Siguió ayudando al ejercito hasta 1908 donde se retira y hace un largo viaje; donde después en 1909, se radica a estudiar en París, en la recién fundada École Nationale Superieure d'Ingenieurs en Construction Aéronautique (ahora conocida como École Nationale Supérieure de l'Aéronautique et de l'Espace, también conocida como SUPAERO). Así un año después se gradúa como ingeniero aeronáutico de primera clase. De aquí en adelante se inician sus esfuerzos máximos; y donde realiza grandes descubrimientos y avances en la ingeniería aeronáutica.

Uno de sus primeros desarrollos en investigación, junto con Gustave Eiffel, es que logran diseñar un tren que logra alcanzar los 90 km/h. Velocidad inalcanzable en aquellos tiempos de lograr con un ferrocarril. Otro descubrimiento fue la invención del túnel de viento; donde se deja correr humo sobre la superficie determinada, y con el uso de fotografías las podían analizar de manera más detallada. Pero el máximo descubrimiento lo hizo al desarrollar el primer termo jet de la historia; conocido como el Coanda 1910; un avión a turbina consistente en un motor de 4 válvulas que alimenta un poderoso compresor de aire que alimenta a dos grandes quemadores. Este fue probado por el mismo Henry, pero salió defectuoso, donde milagrosamente Henry salió con solo unas quemaduras en manos y cara; la nave completamente destrozada y en llamas; pero aquí Henry Coanda hace su gran observación, ya que se da cuenta que el fuego sigue las líneas del destrozado fuselaje del avión. Liego de esto tardó 20 años en poder describir este fenómeno, donde actualmente se le conoce como efecto Coanda.

Más tarde, Coanda seguiría sirviendo al desarrollo de la aeronáutica de ese tiempo; incluyendo en los avances de la primera y segunda guerras mundiales.
Muere en Rumania a la edad de 86 años en Bucarest.

Ref.
Wikipedia (versión en Inglés) http://en.wikipedia.org
Artículo: Henri Coandă