Una herramienta de diseño mejorada desarrollada por la Unión Europea ayuda a mejorar los sistemas de propulsión de aeronaves
La Unión Europea (UE) ha exigido una mayor eficiencia a la industria de la aviación. Los ingenieros tienen muchas ideas para lograrlo como, por ejemplo, arquitecturas de aeronaves y sistemas de propulsión innovadores y revolucionarios. Con todo, los diseñadores primero deben modelizar matemáticamente los cambios propuestos. Todo proyecto de aviación requiere una capacidad de modelización y simulación muy sofisticada durante su recorrido completo. Un proyecto previo de la UE, VIVACE, desarrolló un «software» de simulación estándar europeo destinado a este tipo de modelización, llamado PROOSIS.
Diseño de aeronaves con PROOSIS
El proyecto financiado con fondos europeos DEMOS empleó PROOSIS para diseñar y optimizar varios sistemas de propulsión avanzados. DEMOS es parte de la corriente tecnológica de Arquitectura Innovadora para Aeronaves del programa Airframe de Clean Sky 2 de la UE. El equipo investigó dos sistemas de propulsión nuevos. El primero era un rotor abierto de rotación inversa, que consta de una hélice con dos filas de palas que giran en direcciones contrapuestas. Las palas en flecha del rotor le permiten utilizar un mayor volumen de aire que los rotores análogos. El rotor produce más empuje, pero utiliza entre un 25 y un 30 % menos de combustible que otras alternativas similares. El segundo sistema de propulsión es un turboventilador con engranajes de índice de derivación ultraalto, que es parecido a un turboventilador convencional pero con un índice de derivación superior a quince. El nuevo diseño aumenta la cantidad de aire que entra en el motor, lo que mejora la eficiencia de propulsión. Los ingenieros emprenden un proyecto de diseño nuevo con suposiciones sobre los límites del rendimiento y la tecnología. A medida que el análisis avanza, las suposiciones quizá tienen que actualizarse, lo que conlleva una iteración adicional del diseño. Alexios Alexiou, director técnico del proyecto, comenta: «En DEMOS desarrollamos un método de un solo paso que vincula las disciplinas de diseño termodinámico y aerodinámico. También aumentamos el nivel de integración para permitir evaluaciones multidisciplinares a nivel de aeronave. Esto permite replantear y optimizar el diseño de nuevos sistemas de propulsión de forma coherente».
Optimización del diseño
Gracias al empleo del nuevo marco de diseño, el equipo optimizó un turboventilador con engranajes para minimizar la cantidad de combustible quemado, lo que reduce tanto las emisiones de CO2 como los costes de combustible. El diseño resultante logra un mayor índice de derivación que los motores actuales. En comparación con los motores de turboventilador convencionales, la reducción del consumo de combustible y emisiones de CO2 del diseño óptimo de DEMOS podría ser un 18 % superior a la de los motores de hace veinte años. DEMOS examinó asimismo subtecnologías facilitadoras esenciales que permiten la optimización del rotor abierto de rotación inversa y del turboventilador con engranajes de índice de derivación ultraalto durante su funcionamiento. Estas incluyen una tobera de empuje de área variable, un mecanismo de control del paso de las palas y cajas de engranajes de transmisión de potencia. La empresa propietaria de PROOSIS, Empresarios Agrupados Internacional, también es el socio principal del consorcio DEMOS y publica anualmente actualizaciones para mantener la herramienta a la vanguardia. El trabajo en DEMOS condujo a que se añadieran varios módulos avanzados al «software», lo que ofrece una nueva funcionalidad de diseño. «Los avances de DEMOS proporcionan una nueva capacidad para explorar el diseño para el “espacio de la solución” y optimizar el rendimiento para prácticamente cualquier concepto de propulsión futuro», añade Alexiou. El nuevo marco es robusto, flexible, modular y ampliable, lo que garantiza su aplicabilidad a largo plazo para diseñar aplicaciones de simulación. «Por lo tanto, la herramienta desarrollada constituye una plataforma ideal para el trabajo colaborativo en la evaluación de configuraciones de motor innovadoras». Tras el éxito de DEMOS, el consorcio ha conseguido más financiación. Un nuevo proyecto, UTOPEA, desarrollará los sistemas de propulsión de turboventilador con engranajes de índice de derivación ultraalto y evaluará su potencial.
Palabras clave
DEMOS, diseño, sistema de propulsión, PROOSIS, aviación, modelización, aerodinámico, diseño de aeronaves
