Aviones aerodinámicamente más eficientes

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Concluye un proyecto europeo que marcará el diseño de las futuras aeronaves, mejorando sus prestaciones a nivel energético y reduciendo su impacto medioambiental. Ha sido liderado por el investigador de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio Eusebio Valero.

Los cuatro años de investigaciones del proyecto SSeMID: Stability and Sensitivity Methods for Industrial Design, han dado sus frutos en forma de nuevos métodos y herramientas numéricas de simulación de gran impacto en la industria aeroespacial, puesto que con su aplicación se lograrían diseños de aeronaves más eficientes.

El Proyecto SSeMID, financiado por el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 en el marco del Marie Skłodowska-Curie Innovative Training Networks, ha sido coordinado por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Bajo el liderazgo del investigador de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (ETSIAE) Eusebio Valero, han trabajado investigadores y doctorandos procedentes de cinco Universidades: Universidad Politécnica de Madrid (España), Imperial College London, University of Cambridge (Reino Unido), KTH (Suecia), Katholieke Universiteit Leuven (Bélgica); tres centros de investigación del campo aeronáutico: Office National d'Etudes et de Recherches Aerospatiales (Francia), Deutsches Zentrum für Luft – und Raumfahrt e.V. (Alemania) y el Von Karman Institute (Bélgica) y dos empresas relevantes del sector: Airbus (Reino Unido) y NUMECA (Bélgica). Además, ha contado con la colaboración de dos universidades americanas: Purdue y San Diego.

Ejemplos de áreas de aplicación aerodinámica de estabilidad y control de flujo en una aeronave

Las investigaciones realizadas se han centrado en la estabilidad fluida, como un elemento clave para comprender las limitaciones actuales de los diseños aeronáuticos, y en el desarrollo de nuevas metodologías numéricas y de generación de modelos, necesarios para obtener nuevas soluciones para la industria aeronáutica. SSeMID ha permitido madurar e industrializar nuevos métodos que permiten obtener los mapas de sensibilidad de las características aerodinámicas críticas y con gran incidencia en el rendimiento de las aeronaves y el medio ambiente, como el ruido o el consumo de combustible.

La aplicación directa de esta nueva metodología es el control de flujo y la optimización avanzada. El control de flujo es una tecnología emergente que desarrolla una variedad de técnicas mediante las cuales el rendimiento aerodinámico puede mejorarse a niveles más allá de los logrados hasta ahora, solamente mediante la generación de nuevas geometrías, cambiando radicalmente los conceptos actuales de diseño industrial. La aplicación del análisis de estabilidad y sensibilidad proporciona información muy valiosa a los ingenieros de diseño sobre "cómo y dónde" es necesario actuar para lograr un diseño óptimo.

Control pasivo del flujo desprendido en al borde de salida de un álabe. Resultados obtenidos en SSEMID

Beneficios para industria y sociedad
Estas nuevas herramientas contribuyen a que las futuras generaciones de aviones se desarrollen en menos tiempo y con un menor coste, empleando más esfuerzos en simulación y menos en costosas pruebas experimentales, sin perder seguridad y fiabilidad. Herramientas computacionales precisas conducen a una reducción de millones de euros en costes operativos por avión y año. En términos de eficiencia, las nuevas aeronaves reducirían las emisiones de CO2 y NOx a la atmósfera, y generarían menos ruido, en particular en las maniobras de despegue y aterrizaje, que tanto afectan a las zonas cercanas a núcleos urbanos. “Por tanto, los beneficios de optimizar la tecnología aeronáutica no sólo llegarán a la industria aeronáutica, sino que se extenderán en última instancia a la sociedad en general”, explica el profesor Eusebio Valero.

Configuraciones de flujo complejas comprendidas gracias a los nuevos métodos numéricos

Participación de doctorandos
En SSeMID han estado implicados 16 jóvenes investigadores que han desarrollado sus tesis doctorales dentro de un entorno internacional e intersectorial. Han participado activamente en el proceso de innovación mediante el desarrollo de nuevas metodologías con el objetivo de incorporarlas al proceso de diseño industrial. De esta manera, han obtenido una visión global del proceso de diseño: desde la comprensión matemática de los métodos numéricos para la simulación en ingeniería hasta su aplicación industrial en problemas reales. Eusebio Valero considera de gran valía el aprendizaje que han alcanzado y no sólo en términos formativos: “los doctorandos han experimentado por sí mismos cómo los resultados de sus investigaciones influyen directamente en los avances de la industria aeronáutica”, subraya.

Foto de grupo. Investigadores proyecto SSeMID

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