Herramientas de diagnóstico de flujo en aras de un transporte aéreo ecológico
La Visión 2020 del Consejo Asesor para la Investigación Aeronáutica en Europa (ACARE) establece objetivos ambiciosos para la reducción de las emisiones y el nivel de ruido percibido. Estos objetivos obligan a introducir mejoras significativas en el diseño aerodinámico y de los sistemas de propulsión de las aeronaves. A su vez, estas mejoras requieren herramientas de verificación avanzadas para los fenómenos relacionados con el flujo, que incluyen procesos complejos como la combustión y la aeroacústica. Unos científicos pusieron en marcha el proyecto financiado con fondos europeos «Advanced flow diagnostics for aeronautical research» (AFDAR) para desarrollar y evaluar distintas herramientas de diagnóstico de flujo con el objetivo de lograr un progreso importante del sector aeronáutico. AFDAR contribuyó en gran medida al desarrollo de técnicas de medición no intrusivas basadas en imágenes para el desarrollo de futuras aeronaves y la caracterización de túneles de viento. Concretamente, el proyecto trabajó con la velocimetría de imagen de partículas (PIV) para medir el campo de flujo en torno a las alas y comprender con mayor precisión aspectos aerodinámicos donde existe margen de mejora. Se trabajó para lograr mediciones volumétricas en 3D sobre alas y perfiles aerodinámicos, además de para obtener mediciones precisas y análisis aerodinámicos con mayor rapidez gracias a los sistemas de medición en kilohercios. Asimismo, el equipo del proyecto trató de comprender con mayor profundidad los aspectos físicos de la turbulencia en relación a la aerodinámica con resoluciones superiores en varios órdenes de magnitud empleando micro PIV de largo alcance. Además de mejorar el diseño de aeronaves y sistemas de propulsión, las nuevas tecnologías permitieron determinar las emisiones de ruido y optimizar los procesos de combustión para reducir las emisiones de carbono. Los científicos realizaron análisis de alta resolución de flujos sobre perfiles aerodinámicos barridos que estaban sufriendo separación y transición laminar, cascadas de turbinas transónicas y cámaras de combustión con emisión ultrabaja de óxido nítrico. También se obtuvieron diagnósticos de flujo relacionados con la aerodinámica y la aeroacústica de alas con dispositivos de hipersustentación. Los experimentos realizados sobre flujos de hipersustentación alrededor de configuraciones de perfil aerodinámico de tres elementos deberían servir como referencia para mejorar las simulaciones de dinámica de fluidos computacional para sistemas de hipersustentación. Los métodos experimentales demostrados durante el proyecto AFDAR combinaron el análisis de flujo y la determinación de especies químicas y térmicas, que son fundamentales para poder comprender y optimizar el proceso de combustión. De la combinación de técnicas PIV avanzadas para los análisis aeroacústicos de alas y de turbomáquinas se obtuvieron bases de datos experimentales de gran utilidad. Estas bases de datos deberían ayudar a los diseñadores a mejorar la eficiencia y a reducir las fuentes de ruido aerodinámico. El trabajo realizado en este proyecto debería ayudar a desarrollar nuevas tecnologías para el transporte aéreo del futuro, al ofrecer una variedad de beneficios, tales como, aeronaves más rápidas, más seguras, más ecológicas y, posiblemente, más económicas.
Palabras clave
Herramientas de diagnóstico de flujo, transporte aéreo, propulsión, aeronáutica, velocimetría de imagen de partículas