Control de la capa límite en perfiles aerodinámicos con superficies deslizantes

Abstract

This work revisits and deepens the study of active boundary-layer control through moving surface techniques (Moving Surface Boundary-Layer Control, MSBC), a method with high aerodynamic potential that has received limited attention in recent decades. Using two-dimensional CFD simulations in OpenFOAM applied to the NACA 0012 airfoil, various configurations of moving surfaces located on the upper and lower sides of the profile are analyzed, assessing their influence on lift, drag, and stall onset. The results show significant aerodynamic improvements: increases in lift coefficient exceeding 60%, drag reductions of up to 80%, and a notable delay in stall angle. The study confirms that both the location and tangential velocity of the moving surfaces are critical factors, as a strategic arrangement effectively energizes the boundary layer, even under post-stall conditions. In the most favorable cases, net thrust generation is observed. Although the study is based on a two-dimensional steady-state model with its inherent limitations, the findings position MSBC as a promising and viable strategy to enhance efficiency and maneuverability in light aircraft, UAVs, and industrial vehicles. Further validation through three-dimensional studies and experimental testing is recommended.

Este trabajo retoma y profundiza el estudio del control activo de la capa límite mediante superficies móviles deslizantes (Moving Surface Boundary-Layer Control, MSBC), una técnica con alto potencial aerodinámico que ha recibido escasa atención en décadas recientes. A través de simulaciones CFD bidimensionales en OpenFOAM aplicadas al perfil NACA 0012, se analizan distintas configuraciones de superficies móviles ubicadas en el extradós e intradós del perfil, evaluando su influencia sobre la sustentación, el arrastre y el ángulo de pérdida. Los resultados muestran mejoras aerodinámicas notables: aumentos del coeficiente de sustentación superiores al 60%, reducciones del arrastre de hasta el 80% y retraso significativo en la aparición de la pérdida. Se confirma que la ubicación y la velocidad tangencial de las superficies móviles son factores críticos, ya que una disposición estratégica energiza eficazmente la capa límite, incluso en condiciones post-pérdida. En los casos más favorables se observa incluso la aparición de empuje neto. Aunque el estudio se basa en un modelo bidimensional estacionario con las limitaciones propias del enfoque, sus hallazgos posicionan al MSBC como una estrategia prometedora y viable para mejorar la eficiencia y maniobrabilidad en aeronaves ligeras, UAVs y vehículos industriales. Se recomienda su validación futura mediante estudios tridimensionales y ensayos experimentales.