Comprender cómo responden las alas de los aviones modernos a las cargas dinámicas cuando transportan combustible
Las alas de las aeronaves comerciales de gran tamaño son estructuras muy flexibles que pueden deformarse considerablemente cuando, por ejemplo, la aeronave se encuentra con turbulencias o ráfagas atmosféricas. La mayoría de las alas de las aeronaves albergan también los depósitos de combustible y suelen transportar una cantidad de combustible comparable en peso a la de sus componentes estructurales. Las prácticas normalizadas de ingeniería para el diseño de alas no tienen en cuenta el efecto que el movimiento del combustible, o movimiento contra-agitación en el depósito de combustible, tiene sobre las cargas de diseño de una aeronave, es decir, la cantidad máxima de deformación que un ala está diseñada para soportar. «Esto se debe, en gran parte, a la falta de madurez de los conjuntos de herramientas de que dispone en la actualidad la industria», afirma Francesco Gambioli, experto en cargas y aeroelásticos de Airbus. Con el apoyo del proyecto SLOWD, financiado con fondos europeos, Gambioli coordina un trabajo de toda la industria para investigar el uso del movimiento contra-agitación en el depósito de combustible como medio de reducir las cargas de diseño en las estructuras de las aeronaves. El equipo del proyecto centró su investigación en las alas de las aeronaves comerciales de gran tamaño, que están diseñadas para soportar las cargas derivadas de las ráfagas atmosféricas y las turbulencias, así como los impactos del aterrizaje.
Montajes experimentales y herramientas numéricas y analíticas innovadoras
El objetivo principal del proyecto era cuantificar en qué medida el movimiento contra-agitación de líquidos en el depósito de combustible de las aeronaves afecta al comportamiento dinámico estructural de una aeronave comercial. Para lograr este objetivo, los investigadores desarrollaron montajes experimentales complementados con innovadoras herramientas numéricas y analíticas. «El hecho de que este tema de investigación no se hubiera abordado en el pasado era un gran reto, pero la combinación de capacidades y conocimientos especializados de los miembros del consorcio era bastante increíble —añade Gambioli—. Esto condujo a la aplicación novedosa de métodos bien establecidos, así como al desarrollo de técnicas completamente nuevas para comprender y modelizar el complejo comportamiento físico del movimiento contra-agitación en el depósito de combustible en las alas de las aeronaves».
Comprender mejor el comportamiento dinámico de las alas
Entre esas aplicaciones y métodos se encontraban técnicas numéricas de vanguardia que ayudaron al diseño de la campaña experimental. Estos métodos se utilizaron, además, para construir un sofisticado gemelo digital de la configuración del ala. El equipo del proyecto también desarrolló y evaluó varios modelos analíticos y de orden reducido para simplificar intrincados marcos numéricos, muchos de los cuales pueden integrarse perfectamente en un marco de diseño integral. «Estas herramientas nos permitieron explorar el comportamiento dinámico de las alas y descubrir cómo responden las alas de los aviones modernos a las cargas dinámicas cuando transportan combustible», explica Gambioli.
Disponible para su aplicación en el diseño de aeronaves reales
Los resultados de esta investigación incluyen una amplia base de datos de mediciones, que sirve de referencia para los métodos numéricos y analíticos del proyecto. En el proyecto también se elaboraron más de cien artículos, muchos de los cuales se han publicado en prestigiosas revistas arbitradas. Según Gambioli, la cantidad y la calidad de la investigación hablan por sí solas. «Nuestro trabajo no se limita al ámbito académico, sino que, gracias al compromiso de los socios industriales del proyecto, está disponible para su aplicación en el diseño real de aeronaves», concluye. El equipo del proyecto se prepara actualmente para poner en marcha una prueba a escala real de sus tecnologías utilizando un prototipo de estructura de ala.
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