Herramientas digitales para simular la formación de hielo en vuelo El engelamiento o formación de hielo es un peligro grave para las aeronaves, sobre todo a gran altitud. Una serie de herramientas informáticas nuevas ayudarán al sector aeronáutico a evaluar los motores y mejorar la seguridad de los vuelos. Transporte y movilidad Seguridad © truba71/stock.adobe.com La formación de cristales de hielo (ICI, por sus siglas en inglés) ocurre cuando se forma hielo en la aeronave durante el vuelo. El hielo puede afectar al funcionamiento de una serie de piezas de la aeronave, como las alas, las hélices, los parabrisas y los sistemas de comunicación. En las últimas décadas, los ingenieros han detectado un riesgo adicional de acumulación de hielo en las partes calientes del núcleo del motor. Sin embargo, las pruebas físicas de los motores requieren el uso de túneles de viento helado, lo que las hace difíciles y costosas. En el proyecto MUSIC-haic, financiado con fondos europeos, los investigadores desarrollaron nuevas herramientas de simulación de la ICI para ayudar a la industria aeroespacial europea a avanzar en el desarrollo de motores de nueva generación. «Durante el diseño de una nueva aeronave o motor, el ingeniero puede utilizar las herramientas de simulación para controlar un gran número de condiciones de vuelo e identificar las zonas de riesgo en cuanto a acumulación de cristales de hielo», explica Phillipe Villedieu, ingeniero de investigación energética de ONERA y coordinador del proyecto MUSIC-haic. Los ingenieros también pueden utilizar la herramienta durante la certificación, lo que minimiza la necesidad de realizar pruebas de hielo en los túneles de viento o en vuelo. «En términos más generales, una herramienta numérica validada del engelamiento podría utilizarse como medio de cumplimiento durante el proceso de certificación del engelamiento», añade Villedieu. Asistencia con motores de última generación Se espera que los motores de nueva generación sean más sensibles a la amenaza de la ICI que los sistemas actuales. Estos motores tienen índices de derivación muy altos, lo que significa que pasa más aire por el núcleo del motor para reducir el consumo de combustible. Las hélices de estos motores tienen menos álabes, y éstos giran más lentamente. Como las fuerzas centrífugas sobre las partículas de hielo serán menores, se producirá una mayor tasa de entrada de partículas de hielo en el núcleo del motor en comparación con las turbohélices actuales. «Los métodos de análisis comparativos para evaluar la amenaza de la ICI para los motores de la generación actual no son aplicables a los motores de arquitectura innovadora», afirma Villedieu. «Además, la ICI es muy difícil de abordar mediante pruebas en tierra debido a las limitaciones físicas de las instalaciones de hielo, su escasa disponibilidad en todo el mundo y sus elevadísimos costes». Generación de datos en túneles de engelación y en el laboratorio Para generar las nuevas herramientas de simulación de ICI, el equipo de MUSIC-haic llevó a cabo una serie de experimentos, tanto en laboratorio como en un túnel de viento helado. En la mayoría de los experimentos se utilizaron modelos a pequeña escala, representativos de un álabe o parte de un motor, por ejemplo, que se colocaron en una nube de hielo artificial en el túnel de viento. Mediante cámaras de vídeo colocadas en distintos ángulos, los investigadores observaron y grabaron fenómenos de acreción de hielo para recopilar datos cuantitativos para modelos numéricos. «Se realizó la mayoría de los experimentos previstos, lo que proporcionó una gran cantidad de datos experimentales cuantitativos nuevos para comprender la acreción en los muros calentados, el desprendimiento de bloques de hielo o el impacto de los cristales en los muros». «Todos estos datos están ahora a disposición de la comunidad internacional y constituyen un activo inestimable para seguir mejorando y validando los modelos», afirma Villedieu. Incorporación de la ICI a las herramientas industriales El resultado más importante fue la integración con éxito de la capacidad de la ICI en las herramientas numéricas tridimensionales utilizadas por los socios del proyecto: Rolls Royce, General Electric, Safran, Airbus y Dassault. «También se llevó a cabo un importante trabajo de validación que arrojó resultados muy prometedores sobre la capacidad de las nuevas herramientas para predecir las zonas de acumulación de cristales de hielo en los motores», afirma Villedieu. Más allá de MUSIC-haic, los modelos y las herramientas que se han desarrollado seguirán siendo utilizados y probados con profusión por la industria aeroespacial europea y los centros de investigación. Palabras clave MUSIC-haic, engelamiento, cristal, hielo, aeronave, aeroespacial, industria, herramientas, simulación, modelo, datos
