Supresión de turbulencias mediante control activo
El flujo de aire alrededor de una aeronave se describe matemáticamente mediante tres componentes que consisten en un flujo medio, una componente dinámica pero periódica y una componente de turbulencia aleatoria para la cual se definen las tensiones de Reynolds. La mayoría del trabajo que se realiza para «domar» las turbulencias con el fin de reducir la fricción sobre las superficies se ha centrado en modificar el flujo medio con el fin de modificar las tensiones de Reynolds. Un grupo de científicos chinos y europeos inició el proyecto «Manipulation of Reynolds stress for separation control and drag reduction» (MARS), financiado por la Unión Europea, con el fin de estudiar el problema de un modo distinto. Se concentraron en los efectos del control activo del flujo sobre la componente periódica. Este enfoque radicalmente nuevo les permitió demostrar la posibilidad de controlar estructuras dinámicas individuales de escala mayor y frecuencia menor que en la capa de tensión de cizalladura turbulenta. El rendimiento de dispositivos de control como los actuadores de plasma y las superficies oscilantes sobre las estructuras dinámicas que influyen en la tensión de Reynolds se estudió en distintos montajes en un túnel de viento. La simulación de remolinos aislados y de modelos de Navier-Stokes con Reynolds promedio también proporcionó información sobre parámetros críticos para el flujo. Los estudios experimentales y las simulaciones numéricas se complementaron entre sí para obtener los detalles del flujo. En ciertas condiciones se lograron flujos inestables y se estudió la influencia de la componente periódica sobre las tensiones de Reynolds de las turbulencias. Los hallazgos permitieron a los investigadores de MARS conocer mejor los efectos del control de flujo sobre la tensión de Reynolds de las turbulencias, que son responsables de una parte importante de la transferencia de momento en flujos turbulentos limitados por paredes y son la clave de la fricción en las superficies. Además, los investigadores de MARS identificaron candidatos a dispositivos para desarrollos adicionales con el fin de reducir de forma eficaz el rozamiento sobre las superficies y, con ello, la resistencia aerodinámica que se opone al movimiento de las aeronaves en condiciones reales de vuelo. La próxima generación de dispositivos de control activo del flujo de aire podría garantizar un transporte aéreo más eficiente, con menos emisiones de gases perjudiciales hacia el medio ambiente.
Palabras clave
Turbulencia, control de flujo, rendimiento aerodinámico, tensión de Reynolds, reducción de la resistencia aerodinámica
