Cómo mejorar el diseño de los cazas y helicópteros furtivos

La investigación aerodinámica de vanguardia y las nuevas innovaciones mejorarán en gran medida el rendimiento aerodinámico de las futuras aeronaves.

Por Kris Osborn

¿Por qué los renders disponibles de aviones de combate de sexta generación muestran menos estructuras verticales, aletas o configuraciones salientes? ¿Están los científicos, ingenieros y expertos en armamento descubriendo nuevos desarrollos aerodinámicos que probablemente mejoren las configuraciones de diseño de los aviones para aumentar masivamente su rendimiento?

La información sobre la configuración del diseño aerodinámico de los futuros cazas o helicópteros furtivos probablemente no estará disponible por razones de seguridad. Sin embargo, hay algunas investigaciones aerodinámicas de vanguardia a disposición de los académicos y nuevas innovaciones capaces de mejorar enormemente el rendimiento aerodinámico de las futuras aeronaves. 

Ciertamente, un avión de combate de sexta generación de aspecto más horizontal, sin estructuras que sobresalgan como las aletas de la cola, los pilones de las armas o las estructuras del fuselaje con ángulos agudos, haría que un avión fuera más sigiloso. Además, las señales electromagnéticas tendrían menos formas en las que rebotar y, por lo tanto, sería menos probable que produjeran una representación precisa. Unas estructuras externas menos extensas y unas configuraciones mixtas de alas y cuerpo mejoran naturalmente las características de sigilo. Tal vez los ingenieros hayan descubierto formas de girar, maniobrar, vectorizar u operar en el aire sin necesidad de tantas aletas de cola o estructuras alares claramente separadas. ¿Qué podría hacer esto posible? Los avances en el ámbito de la aerodinámica relacionados con la gestión de la "capa límite" o "flujo de aire". 

Cuando los vórtices que se mueven rápidamente, o las "masas de aire que se arremolinan" chocan, se pueden generar grandes cantidades de turbulencia, que a menudo son suficientes para desbaratar por completo las maniobras aéreas previstas. 

Sin embargo, aparte de la cuestión de mejorar potencialmente las propiedades de sigilo, hay otra razón clave por la que los ingenieros consiguen crear aviones más eficaces y de mayor rendimiento; los diseñadores siguen descubriendo nuevos métodos para dirigir, gestionar o controlar el "flujo de aire" que rodea a un vehículo aéreo, un fenómeno, por supuesto, fundamental para la estabilidad del vuelo.  Si el flujo de aire que rodea a una aeronave o la "capa límite" se dirige o gestiona para obtener un rendimiento óptimo, la aeronave puede volar más rápido y con menos turbulencias.

Esto es algo de importancia crítica para los científicos del Ejército que están trabajando con el mundo académico para descubrir tecnologías de simulación por ordenador de vanguardia capaces de reproducir con precisión fenómenos aerodinámicos como la forma en que el flujo de aire puede afectar a la turbulencia. Las turbulencias en vuelo son tan comunes como complejas y algo misteriosas. Puede desestabilizar enormemente la trayectoria de vuelo de una aeronave e incluso hacer que "pierda sustentación" y se estrelle. La gestión del flujo de aire es vital para la estabilidad del vuelo y el rendimiento aéreo en áreas clave como las maniobras a alta velocidad o la vectorización de ángulos agudos en combate. La llamada "fricción" o interrupción de la "capa límite" puede desviar a una aeronave de su curso. Una capa límite "laminar" o de flujo de aire suave puede optimizar el rendimiento del vuelo, mientras que una capa límite turbulenta puede causar importantes programas de estabilidad de vuelo para las aeronaves.

Estas áreas de investigación actuales pretenden, entre otras cosas, generar nuevas posibilidades en el ámbito del diseño de vehículos aéreos suficientes para lograr una nueva generación de aviones de mayor rendimiento y menos gravados por las turbulencias. 

La Oficina de Investigación del Ejército financió a los investigadores de la Universidad de Purdue para que avanzaran en un modelo de turbulencia conocido como Simulación de Gran Eddy Coherente y Preservadora de la Vorticidad. Publicada en el Journal of Fluid Mechanics, la nueva metodología simula todo el proceso de un evento de colisión de vórtices hasta cien veces más rápido que las técnicas actuales de simulación de última generación.

Los investigadores del Ejército y de la Universidad de Purdue son capaces de simular este tipo de colisiones, en las que los vórtices se cruzan o esencialmente "chocan" entre sí y colisionan, un proceso que les permite estudiar de cerca los tipos de fenómenos aerodinámicos esenciales para generar un flujo de aire suave o "laminar". 

"Cuando los ingenieros diseñan el último gran avión de transporte, avión de combate o helicóptero, tienen que utilizar modelos informáticos para tratar de entender el flujo alrededor del diseño... y tienen que tomar algunas decisiones sobre cómo tienen en cuenta las turbulencias", dijo el Dr. Matthew Munson, director del programa en la Oficina de Investigación del Ejército, bajo el paraguas del Army Futures Command.

Munson lo describió como la construcción de una comprensión del flujo de aire que rodea a todo un vehículo para analizar, perfeccionar o mejorar las variables de rendimiento aerodinámico. 

"Una vez que entiendo el flujo en todo el vehículo, puedo empezar a hacer cosas como calcular la 'sustentación' y la 'resistencia'... y puedo calcular el empuje necesario y puedo calcular cuánto puede pesar el avión. Puedo calcular qué tipo de fuerzas son necesarias para que el avión pase de estar recto y nivelado a una posición de inmersión o de ascenso", explicó Munson. "Cada una de estas cosas requiere un cierto tratamiento del flujo turbulento".

¿Cuál podría ser el resultado final de todo esto? En pocas palabras: nuevos vehículos aéreos. Este tipo de investigación e innovación podría muy bien llevar a los ingenieros a diseñar algún día las conclusiones de un avión de séptima generación o a crear un tipo totalmente nuevo de helicóptero de ataque de alta velocidad y en suspensión. 

"Si eres capaz de simular con precisión los miles de sucesos de un flujo como el que sale de la pala de un helicóptero, podrías diseñar sistemas mucho más complejos", dijo Carlo Scalo, profesor asociado de ingeniería mecánica de Purdue, en un informe del Laboratorio de Investigación del Ejército.

Fuente:https://nationalinterest.org