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Nuevo apantallamiento para aeronaves reconfiguradas con un diseño de motor innovador

Las nuevas aeronaves ecoeficientes reducirán considerablemente los niveles de emisiones de dióxido de carbono y óxido de nitrógeno a la atmósfera. En aras de lograr estos importantes objetivos, los diseñadores de aeronaves están examinando nuevas formas de integrar conceptos avanzados de motores y de propulsión en las aeronaves.

Transporte y movilidad

Muchos conceptos prometedores, como el motor de rotor contrarrotatorio abierto (CROR, por sus siglas en inglés), no pueden sustituir directamente a la generación actual de motores, ya que requieren cambios de calado en el diseño de las aeronaves como, por ejemplo, el desplazamiento hacia atrás de los motores a fin de alejarlos del ala. Esto permite unos mayores diámetros de hélice o rotor o múltiples ventiladores, lo que ayuda a lograr unos niveles de eficiencia en consumo de combustible sin precedentes, así como reducir las emisiones, con un menor ruido en la cabina y una mayor comodidad para los pasajeros. El principal problema de seguridad con la tecnología del CROR es la liberación de desechos con una alta energía tras una explosión del motor o un episodio de rotura de un álabe. El desarrollo de apantallamientos contra el impacto de los residuos de alta energía de los motores es imprescindible para aplicar la tecnología de propulsión de CROR en el fuselaje trasero de las futuras aeronaves civiles regionales. El proyecto financiado con fondos europeos REDISH abordó este reto mediante la investigación de soluciones de apantallamiento innovadoras. «Estas soluciones tenían como objetivo cumplir con los requisitos y estándares estructurales aeronáuticos, especialmente en lo que se refiere a la eficiencia por peso, que es la principal fuente de eficiencia en consumo de combustible y reducción de emisiones», comenta Cláudio Lopes, coordinador del proyecto.

Análisis a nivel de materiales laminados y materiales compuestos

Los investigadores emplearon un método de desarrollo numérico experimental, junto con una serie de configuraciones posibles, y desarrollaron herramientas de simulación de alta fidelidad para llevar a cabo pruebas virtuales. Esto redujo significativamente la necesidad de pruebas físicas costosas y aceleró el proceso de desarrollo del apantallamiento. Los socios del proyecto realizaron análisis a nivel de materiales laminados. Para ello, evaluaron la capacidad de los materiales de apantallamiento para resistir la perforación por el impacto de fragmentos metálicos y materiales compuestos de fibra de carbono frangible utilizando muestras de materiales laminados planos y clasificándolas como un indicador de rendimiento. En la siguiente fase a nivel de componentes, se estudió la configuración final del apantallamiento y se determinó la capacidad de la estructura para resistir la perforación. El equipo investigó asimismo otros indicadores cualitativos, tanto a nivel de materiales laminados como de componentes, y el rendimiento estructural. «Estos incluyeron la “facilidad de evaluación”, que refleja la disponibilidad, la facilidad de aplicación y la precisión de los métodos para predecir el rendimiento estructural de las diferentes soluciones, y la “facilidad de aplicación”, que hace referencia a los aspectos relacionados con la aplicación, el mantenimiento y los costes de los materiales», explica Lopes.

Beneficios adicionales

El proceso de selección permitió identificar más de treinta soluciones para el siguiente paso de evaluación, que incluye un análisis de elementos finitos de alta fidelidad. Esto proporcionó una clasificación de mayor fidelidad de más de veinte soluciones evaluadas. Según Lopes: «Esta se redujo posteriormente a catorce soluciones, que se fabricaron y evaluaron en el marco del proyecto Clean Sky 2». REDISH logró describir el comportamiento del material a diferentes escalas de longitud, desde la capa y los materiales laminados hasta los componentes. Una ventaja adicional de este planteamiento ascendente es que los cambios en las propiedades de los componentes (fibra, matrices), la arquitectura de la fibra o la disposición de los materiales laminados pueden incorporarse fácilmente para proporcionar nuevas predicciones del comportamiento macroscópico de los materiales compuestos bajo impacto. Lopes concluye: «El apantallamiento frente impactos de alta energía apto para el sector aeronáutico también brindará protección contra otros tipos de amenazas como, por ejemplo, los ataques terroristas».

Palabras clave

REDISH, apantallamiento, materiales laminados, aeronave, emisiones, rotor contrarrotatorio abierto (CROR), eficiencia en consumo de combustible, material compuesto

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27 Septiembre 2019