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Development of methods for deriving optimized shapes of morphing structures considering both aerodynamic performances and specific mechanical morphing boundary conditions

Información del proyecto

Identificador del acuerdo de subvención: 755068

  • Fecha de inicio

    1 Junio 2017

  • Fecha de finalización

    30 Junio 2019

Financiado con arreglo a:

H2020-EU.3.4.5.4.

  • Presupuesto general:

    € 350 725

  • Aportación de la UE

    € 350 725

Coordinado por:

HIT09 SRL

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El despegue de una nueva propuesta de optimización

Gracias a las metodologías de optimización innovadoras aplicadas al diseño de alas de forma variable, la nueva generación de aeronaves podría volar como las águilas, con más eficacia y menos emisiones.

Tecnologías industriales
© Sourabh Bharti, Shutterstock

La naturaleza es una gran ingeniera de la optimización y un buen ejemplo de ello es el vuelo de las aves. De hecho, los humanos imitan las alas optimizadas de los pájaros, como bien se aprecia en Dédalo e Ícaro con sus alas de plumas o en las alas de avión de forma variable patentadas y utilizadas por los hermanos Wright en su Wright Flyer. Si bien los hermanos Wright tuvieron una buena idea, el paso de los años hizo que la necesidad de aumentar la velocidad, la carga y el alcance dieran lugar a estructuras más rígidas incapaces de adaptarse a las condiciones aerodinámicas cambiantes. La industria cierra ahora el círculo con el interés por el desarrollo de una nueva generación de alas de forma variable que mejoren la eficacia del vuelo y reduzcan el consumo energético y las emisiones. Sin embargo, para lograrlo es necesario contar con mejores herramientas de diseño. Como parte de Clean Sky de la UE, el mayor programa de investigación en materia de aviación presentado jamás en Europa, el proyecto financiado con fondos europeos OPTIMOrph ha dado respuesta a una necesidad de la industria.

Los métodos de optimización modernos no son óptimos

El diseño actual de alas convencionales disocia los factores aerodinámicos y estructurales y los modifica por separado. Este ciclo se itera hasta que se llega a un diseño en el que el avión puede volar en una gama de condiciones de vuelo con un rendimiento aceptable, pero no óptimo. La precisión de los algoritmos aumenta con la inclusión de mayores grados de libertad y complejidad, pero también lo hace el «peso» del software en detrimento de la velocidad. Tal y como explica Rita Ponza, coordinadora del proyecto: «El proyecto OPTIMOrph desarrolló una metodología de optimización aerodinámica y estructural integrada en la que se incluyen las limitaciones y capacidades de las propuestas y materiales seleccionados para la optimización aerodinámica desde un principio. Genera así formas objetivo optimizadas que pueden ponerse en práctica y que ahorran mucho tiempo y dinero durante el proceso de diseño y desarrollo».

Algoritmos eficaces para lograr aeronaves eficaces

OPTIMOrph se propuso optimizar las condiciones de crucero e hipersustentación. Los objetivos aerodinámicos fueron la ampliación al máximo del coeficiente de sustentación máxima (CL) y la maximización simultánea de la eficacia aerodinámica (relación entre sustentación y resistencia) al 70 % de CL. En cuanto a las condiciones de crucero, se optó por maximizar la eficiencia aerodinámica a un ángulo de ataque fijo. El equipo investigó dos estrategias distintas de cambio de forma. En la primera, la región de cambio de forma se estableció entre el 0 y el 15 % de la cuerda del perfil, una línea recta imaginaria que va desde el borde delantero al trasero de un perfil alar. El segundo ofreció un nivel adicional de deformabilidad a la cubierta. En los dos escenarios de cambio de forma, el ala de forma variable superó el álabe de referencia en cuanto a condiciones de hipersustentación y crucero. Además, el ala de forma variable, con mayor complejidad y deformabilidad, generó una reducción considerable de la resistencia al coeficiente de sustentación máximo, lo que dio lugar a una mejora de la eficacia aerodinámica. Ponza concluye: «Hemos generado una herramienta útil lista para emplearse en alas de forma variable con efectos tangibles en la eficacia del proceso de diseño de aeronaves. La combinación de alas bioinspiradas y herramientas de ingeniería puede ofrecer opciones interesantes para la nueva generación de aeronaves». La mayor organización de investigación orientada a aplicaciones de Europa, Fraunhofer, ha recibido el software OPTIMOrph para su optimización y empleo en proyectos futuros, sobre todo con su socio Airbus. Esta combinación ganadora podría sacar las alas de forma variable del laboratorio y ponerlas a volar.

Palabras clave

OPTIMOrph, forma variable, alas, optimización, aerodinámica, ala de forma variable, eficacia, sustentación, aeronave, crucero, algoritmo, hipersustentación, coeficiente de sustentación máxima (CL)

Información del proyecto

Identificador del acuerdo de subvención: 755068

  • Fecha de inicio

    1 Junio 2017

  • Fecha de finalización

    30 Junio 2019

Financiado con arreglo a:

H2020-EU.3.4.5.4.

  • Presupuesto general:

    € 350 725

  • Aportación de la UE

    € 350 725

Coordinado por:

HIT09 SRL