Estudio y medición experimental del coeficiente de arrastre del casco de un dron submarino por medio de un túnel de viento

• Rivera López, Jesús Eduardo ^[1] ; Arciniega Martínez, José Luis ^[1] ; Gutiérrez Paredes, Guadalupe Juliana ^[1] ; Rodríguez Hibert, César Francisco ^[1] ; Martínez Cabrera, Cristian Ariel ^[1] ; Juárez Navarro, Carlos Alfonso ^[1]
  1. [1] Instituto Politécnico Nacional

     Instituto Politécnico Nacional

     México

     
• Localización: Revista de Ciencias Tecnológicas, ISSN 2594-1925, Vol. 8, Nº. 1, 2025 (Ejemplar dedicado a: January-March), págs. 1-15
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Study and experimental measurement of the drag coefficient of the hull of an underwater drone by means of a wind tunnel
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• Resumen
  • español

    El presente trabajo tiene como objetivo realizar el estudio, diseño y caracterización del casco de un dron submarino por medio de la medición experimental en un túnel de viento. Para ello, se realizó el diseño de concepto, el cual se construyó por medio de la manufactura aditiva. Las corridas experimentales se realizaron para dos tipos de superficies, plana y cilíndrica en la cabeza del casco del dron. Utilizando el  se determinó las velocidades de la prueba en airede 8, 10, 12, 14 y 16 m/s, de las corridas experimentales se midió la fuerza de arrastre ; del ajuste de  se estimó que el error de sesgo es menor al 6 %, por lo que se puede decir que el error en las mediciones es aceptable y se puede realizar el escalamiento de los resultados. Los resultados del coeficiente de arrastre mostraron la reducción por crecimiento de capa límite  y de la comparación de las geometrías plana y cilíndrica en la cabeza del casco del dron mostraron que el  de la superficie cilíndrica es 33.14 y 10.71 % más grande en comparación del  de la superficie plana. Para validar de una mejor manera los resultados obtenidos, se compararon con otros diseños de geometrías de casco de drones submarinos, mostrando que las geometrías curvilíneas tienen un menor , aproximadamente de 63.33 %, por lo cual este diseño no presenta el mejor resultado en arrastre en comparación con estas superficies. En la comparación con drones que no tienen casco y son geometrías de sección rectangular frontal, se tiene un 97.48 % menor arrastre, por lo cual, se puede indicar que este diseño tiene un mejor rendimiento en comparación con estas geometrías. Finalmente, se puede concluir que la geometría propuesta en este estudio tiene la longitud necesaria para disminuir el arrastre por crecimiento de capa límite y en la cabeza se debe diseñar con una superficie plana para tener un rendimiento mejorado al de los drones que no tienen casco.

  • English

    The present work aims to study, design and characterize the hull of a submarine drone by means of experimental measurement in a wind tunnel. For this purpose, the concept design of the prototype was carried out, which was built using additive manufacturing. The experimental runs were performed for two types of surfaces, flat and cylindrical, on the drone hull head. Using the Re determined the test velocities in air were 8, 10, 12, 14 and 16 m/s. From the experimental runs, the drag force, was measured, and from the  adjustment, it was estimated that the bias error is less than 6%, so it can be said that the error in the measurements is acceptable, and the scaling of the results can be performed. The results of the drag coefficient showed the reduction by boundary layer growth  and from the comparison of the planar and cylindrical gemetires on the dron hull head showed that the  of the cylindrical surface is 33.14 and 10.71% larger compared to the  of the planar surface. To validate in a better way the obtained results were copared with other designs of hull geometries have a lower , approximately 63.33%, therefore this design does not present the best result in drag comparison with these surfaces, in the comparison with drones that do not have hull and are geometries of rectangular section, 97.48% less drag, therefore it can be indicated that this design has a better performance in comparison with these geometries. Finally, it can be concluded that the geometry proposed in this study has the necessary length to reduce drag due to a boundary layer with a flat surface to have improved performance compared to drones that do not have hull.