Mantenimiento del flujo laminar mediante materiales de recubrimiento contra la contaminación
En la aviación, el término resistencia aerodinámica describe las diferentes fuerzas que se oponen al movimiento de las aeronaves en el aire. La resistencia aerodinámica puede deberse a la perturbación del flujo de aire que causan las imperfecciones en las superficies o la pintura. Esto incluye la adhesión de insectos muertos o suciedad a las superficies de las aeronaves. Para superar esta resistencia, los aviones deben generar fuerzas opuestas mediante el motor, lo cual básicamente aumenta el consumo de combustible.
Nuevas tecnologías de recubrimiento con resistencia a la contaminación
A lo largo de los años se han ido proponiendo diferentes enfoques, como el uso de materiales de recubrimiento que mitiguen la contaminación de los insectos y conserven el flujo laminar. Sin embargo, los problemas asociados a la falta de durabilidad de estos materiales de recubrimiento adhesivos hacen que resulten insuficientes. El proyecto financiado con fondos europeos CHOPIN propuso desarrollar materiales de recubrimiento hidrofóbicos u omnifóbicos de larga duración y con propiedades resistentes a la contaminación para su aplicación en los bordes de ataque, especialmente sobre los sustratos de control del flujo laminar híbrido (HLFC, por sus siglas en inglés). «Nuestro objetivo era abordar el consumo de combustible y la resistencia aerodinámica de las aeronaves mediante nuevas soluciones de recubrimiento sostenibles», explica la coordinadora del proyecto, Mireille Poelman. Los investigadores probaron diferentes tecnologías y fórmulas de recubrimiento, incluido el plasma, materiales de recubrimiento de sol-gel o de gel iónico, y tecnologías de deposición por pulverización en seco. El desarrollo y optimización de los materiales de recubrimiento se basó en criterios específicos, como la adherencia, la dureza, el impacto, la resistencia térmica y a los arañazos, la erosión y la facilidad de limpieza. Inicialmente se realizó una comprobación sistemática de recubrimientos en el laboratorio sobre acero inoxidable y, posteriormente, sobre titanio microperforado, el sustrato empleado para el control del flujo laminar híbrido. A escala de laboratorio, se seleccionaron los materiales de recubrimiento más prometedores (sol-gel y gel iónico) sobre la base de propiedades como su resistencia a la contaminación y facilidad de limpieza, además de su durabilidad. A continuación, se llevaron a cabo pruebas adicionales para verificar su rendimiento en entornos simulados (túnel de viento) y en condiciones reales (drones). El rendimiento de los recubrimientos se comparó con una superficie sin recubrir y con un recubrimiento de deposición física en fase vapor, que se aplica para mejorar la resistencia a la erosión de las superficies de titanio. Los materiales de recubrimiento seleccionados demostraron disminuir la adhesión de los residuos de insectos a la superficie y confirmaron las ventajas de utilizar tales materiales para limitar la acumulación de residuos de insectos durante los vuelos.
Perspectivas y futuros pasos de CHOPIN
«En el contexto del cambio climático, CHOPIN fue concebido para contribuir al objetivo de reducir el consumo de combustible en la industria aeronáutica mediante el desarrollo y la validación de nuevas estrategias de recubrimientos duraderos», destaca Poelman. Los investigadores estudiaron diferentes opciones y evaluaron su posible aplicación en los bordes de ataque, centrándose en evitar la contaminación. Además de los distintos protocolos de prueba desarrollados, los conocimientos adquiridos sobre las propiedades adhesivas y antiadhesivas, así como sobre las tecnologías de identificación serán de utilidad para el sector aeronáutico. Los resultados y materiales del proyecto CHOPIN han allanado el camino para futuras oportunidades de desarrollo y financiación. Los socios de CHOPIN están participando en el proyecto de seguimiento STELLAR, cuyo objetivo es desarrollar soluciones que eviten la contaminación para un flujo laminar natural basándose en una mejor comprensión de la interacción entre los residuos de insectos y la superficie. Las pruebas iniciadas durante CHOPIN seguirán estudiándose en el proyecto STELLAR y permitirán obtener datos adicionales sobre el uso de pruebas en túneles de viento para comprobar las propiedades de lucha contra la contaminación de los materiales de recubrimiento.
Palabras clave
CHOPIN, material de recubrimiento, lucha contra la contaminación, insecto, consumo de combustible, aviación, resistencia aerodinámica
