Romper el hielo: avances en el diseño y los revestimientos antihielo traseros de las aeronaves
La acumulación de hielo en las estructuras de las aeronaves plantea peligros graves: aumenta el peso y la resistencia aerodinámica, reduce la eficiencia y afecta a la seguridad, especialmente cuando se vuela a bajas temperaturas. La respuesta está en mejorar los diseños tolerantes al hielo y en las tecnologías antihielo para optimizar el diseño general de las aeronaves y mantener al mismo tiempo una seguridad de vuelo sin concesiones. Centrado en esto, un consorcio de diez socios ha trabajado en el proyecto IMPACT(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos. El objetivo era mejorar las capacidades punteras de simulación de la acumulación de hielo, explorar revestimientos hidrófobos y optimizar la forma del fuselaje trasero y el empenaje, teniendo en cuenta las condiciones aeroestructurales, aeroelásticas y de formación de hielo, con que se contribuirá en última instancia al programa de grandes aviones de pasajeros de la Empresa Común Clean Sky 2(se abrirá en una nueva ventana). «En IMPACT se ha logrado cubrir un ambicioso conjunto de objetivos científicos y técnicos pertinentes para el diseño de las partes traseras de aeronaves comerciales de nueva generación altamente eficientes», afirma Michele De Gennaro, coordinador del proyecto IMPACT.
Calcular cómo se acumula el hielo
Mediante la simulación de la formación de hielo en tres dimensiones (3D), el equipo del proyecto creó métodos y herramientas industriales para el cálculo preciso de los empenajes de alas en flecha por la acumulación de hielo. Los expertos lograron crear un modelo que ayuda a predecir cómo las gotas de líquido impactan y fluyen sobre la superficie aerodinámica, forman riachuelos y se convierten en hielo, al tiempo que se tienen en cuenta las complejas interacciones multifísicas y se consideran las propiedades antihielo de la superficie. En el proyecto se ha calculado la aerodinámica de la acumulación de hielo en las superficies de los estabilizadores horizontales de grandes aeronaves de pasajeros, lo que ha permitido incluir este aspecto en el proceso general de diseño de la aeronave. «Se han desarrollado varias innovaciones en materia de mallas y de dinámica de fluidos computacional para poder abordar la acumulación de hielo como parte integrante de la optimización multiobjetivo de la aeronave», explica De Gennaro.
Innovaciones en soluciones antihielo
El equipo de IMPACT analizó una amplia gama de revestimientos antihielo disponibles en el mercado, incluidos algunos en fase de investigación y desarrollo. El objetivo era conocer su rendimiento y durabilidad y recabar información sobre las propiedades antihielo y antierosión. Se probó una selección de las mejores tecnologías en un gran túnel de viento climático de última generación situado en Viena (Austria), en bordes de ataque rectos y ondulados de una sección aerodinámica de referencia. Las pruebas contribuyeron a la creación de la base de datos sobre revestimientos más avanzada y completa jamás producida(se abrirá en una nueva ventana), lo que información nueva sobre el rendimiento de la tecnología de revestimiento para aplicaciones traseras y se convirtió en una referencia para validar los códigos de acumulación de hielo en 3D. «Además, se ha realizado un trabajo pionero en la aplicación de modelos físicos de formación de hielo de bajo nivel que tendrán en cuenta las propiedades físicas reales de las superficies en las simulaciones de acreción de hielo, ya que este es un problema de gran importancia industrial», asegura De Gennaro. El efecto de la reducción de la acumulación de hielo gracias a la aplicación de un revestimiento hidrófobo en el borde de ataque de un ala en flecha recta puede verse en la foto superior.
Optimización aerodinámica y aeroestructural
Para aligerar la parte trasera del fuselaje y el empenaje, el equipo de IMPACT trabajó en un concepto innovador basado en un estabilizador horizontal de ala en flecha invertida. El resultado fue un diseño optimizado de la parte trasera con el mismo rendimiento aerodinámico que el diseño de referencia, pero con una reducción del 5 % del área del estabilizador horizontal y un diseño tolerante al hielo. Esto se consiguió añadiendo un dispositivo de extensión del borde de ataque, creado específicamente para trabajar una ala en flecha invertida. Mediante el uso de técnicas avanzadas, el equipo optimizó aún más la estructura de la cola, lo que reveló el potencial de una reducción de peso adicional del 6 % a nivel del estabilizador horizontal, lo que puede resultar en una reducción de peso total del 10 %. «Esto, a su vez, supone un ahorro potencial de combustible del 1 % a nivel de la aeronave en comparación con una de pasajeros de gran tamaño de última generación de 2020, como el Airbus A320neo», añade De Gennaro. El trabajo realizado por el equipo de IMPACT mejora metodologías necesarias para la industria aeronáutica y es probable que siga consolidando los resultados conseguidos.
