Modelado de la estabilidad de aviones en condiciones extremas de vuelo
El diseño de aeronaves depende en gran medida del modelado y de la simulación matemática. A su vez, estos dependen de una definición de sistemas precisa. La envolvente de vuelo consta de una gama de combinaciones de parámetros de vuelo como velocidad, altitud y ángulo de ataque en los que la aeronave permanece estable aerodinámicamente. El proyecto financiado por la UE «Aerodynamic loads estimation at extremes of the flight envelope» (ALEF) amplió los modelos actuales para describir con precisión el comportamiento en los límites de la envolvente de vuelo. Las ecuaciones de Navier-Stokes con el promedio de Reynolds (RANS) de movimiento fluido-flujo son importantes para el modelado del flujo aéreo. Utilizando complejos métodos de dinámica de fluidos computacional (DFC)/RANS, los socios de ALEF pudieron simular con éxito condiciones estables e inestables y el comportamiento de aeronaves en condiciones extremas como velocidad transónica, velocidad de picado y escenarios de gran carga que precisaron que el despliegue de superficies de control. Estas últimas controlan la altitud, la velocidad y el ángulo cuando se mueven. Además, al conjugar avanzados modelos de flujo-fluido con modelos estructurales, el equipo hizo posible incluir efectos estáticos y aeroelásticos. ALEF demostró la capacidad de los modelos de DFC inestables para pasar de métodos lineales a métodos de gran fidelidad y así lograr una mayor precisión en la predicción de los efectos aeroelásticos. Se hizo una importante contribución a los modelos sustitutos (surrogate models), llamados también modelos de superficie de respuesta. Los científicos ampliaron la técnica de descomposición ortogonal propia (POD) para dar cuenta del despliegue de superficies de control y la deformación estructural. Se demostró que los modelos resultantes eran una rápida alternativa a DFC. Los investigadores destacaron también el potencial de otra herramienta de modelos sustitutos para condiciones inestables, los solucionadores de dominio de frecuencia lineal, para capturar un peligroso fenómeno de vibración (flutter) que se observa a veces al aumentar el flujo de aire. La aplicación a casos industriales de prueba demostraron la superioridad, de los métodos de modelado sustituto y DFC de ALEF en comparación con el actual estado de la técnica. Así, ALEF hizo una contribución significativa al modelado aerodinámico para el diseño de aeronaves en condiciones extremas de la envolvente de vuelo. Los resultados probablemente serán un mejor análisis del riesgo y aviones más seguros además de una mayor ventaja competitiva para la industria aeroespacial europea.
