Modelización del impacto de aves en las alas de las futuras aeronaves
La Unión Europea ha puesto en marcha Cielo Limpio, su programa de investigación más ambicioso, para reducir drásticamente las emisiones de contaminantes y los ruidos asociados al transporte aéreo. El ala de flujo laminar natural (FLN), considerado uno de los conceptos más prometedores en desarrollo, contribuirá a reducir la resistencia aerodinámica, el consumo de combustible y las emisiones asociadas. El FLN en el ala de una aeronave se obtiene mediante la adopción de una estructura compuesta e integral de borde de ataque (BA) con la que se crea una superficie totalmente plana y se prescinde de elementos de ensamblaje como remaches y pernos. Sin embargo, la introducción de una sección de ala compuesta en la aeronave y la ausencia de aletas en el borde de ataque dan lugar a una geometría que va más allá del rango de validación para los modelos numéricos y las simulaciones de impacto de ave disponibles en la actualidad. El proyecto BIRDSTRIKE (Investigation of bird strike criteria for natural laminar flow wings), financiado con fondos europeos, se puso en marcha para desarrollar y validar la viabilidad de un tipo de análisis de impacto de aves que permitiría a los socios del programa SFWA (aeronaves de ala fija inteligentes) simular impactos de ave en un borde de ataque a base de polímeros reforzados con fibras de carbono (PRFC) en un ala de FLN. Esto se logró mediante el establecimiento de un programa combinado de pruebas y simulación/análisis para determinar el alcance del daño y validar los criterios de fallo del material compuesto que aplican a la simulación del impacto de ave en los paneles del borde de ataque de las alas de FLN. Las entidades asociadas al proyecto seleccionaron los materiales y los diseños de los componentes de ensayo correspondientes a los paneles innovadores con los que se fabricarían las alas basadas en un flujo laminar natural. Se fabricaron paneles planos reforzados y no reforzados con un pre-impregnado de resina epoxi HexPly M21E del fabricante Hexcel reforzado con fibras de carbono de módulo intermedio HexTow IMA. Los ensayos experimentales sobre el impacto de aves se desarrollaron tanto en paneles PRFC planos reforzados como no reforzados, de acuerdo con el diseño y la fabricación de un armazón de soporte adecuado. Además, antes y después de las pruebas de impacto, se realización inspecciones en los paneles mediante ensayos no destructivos basados en la aplicación de un proceso de «shearografía» por láser. En el caso de la simulación numérica de incidentes por impacto de ave sobre las estructuras compuestas, se desarrolló y aplicó un enfoque de carcasa aplicada como alternativa prometedora y eficiente en términos computacionales en relación al enfoque clásico de elementos de carcasa sólidos. Se crearon modelos de elementos finitos (EF) para la simulación de paneles planos reforzados y no reforzados en los ensayos por impacto de ave, incluido el tipo de pájaro y el modelado de daño material y delaminación. A fin de validar los modelos de simulación numérica, el equipo investigador comparó el comportamiento calculado global de los paneles con las imágenes de la cámara de alta velocidad, las cuales se tomaron en todas las pruebas simuladas. Se constató que las formas distorsionadas obtenidas por el análisis EF estaban en consonancia con sus respectivas imágenes de la cámara de alta velocidad. La introducción de una sección de ala laminar en la aeronave y la ausencia de aletas en el borde de ataque dio como resultado una geometría que va más allá del rango de validación para las simulaciones de impacto de ave y los modelos numéricos existentes. En cualquier caso, la investigación llevada a cabo y las herramientas numéricas de simulación desarrolladas en el seno del proyecto BIRDSTRIKE han permitido reducir la brecha del conocimiento. Por tanto, los resultados del proyecto contribuirán a alcanzar los objetivos de reducir las emisiones y el consumo de combustible mediante la aplicación de flujo laminar natural al concepto de aeronave de corto alcance (SRA).
Palabras clave
Simulación del impacto de ave, pruebas de impacto de ave, ala basada en un flujo laminar natural, BIRDSTRIKE
