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Airbus y Biomimética: puntas de ala abisagradas imitando a los Albatros

Cuando los ingenieros copiamos, digo imitamos, a las soluciones que ya existen en la naturaleza se le llama biomímesis o biobimética. Y es que haciendo una máxima aquello de si funciona, no lo toques, lo llevamos al si funciona, cópialo. Y si ya existe en la naturaleza y lleva tal vez miles de años funcionando, ¿por qué no adaptarlo a nuestras necesidades?

Y es lo que han hecho en Airbus con el albatros. Pero vamos por pasos…

Es de sobra conocido que los torbellinos de punta de ala causan la resistencia inducida, y que hay muchas estrategias para lograr mitigar esta resistencia, como modificar la punta de ala con distintos tipos de winglets, cortando la punta de ala en planta dándole forma de flecha invertida, cortando la punta del ala en alzado en los llamados Hoerner tips, e incluso probando formas mucho más originales, como aquellos Spiroid Wingtip… Y por supuesto, con alas de gran alargamiento.

Cuanto mayor es el alargamiento del ala, más se parece el comportamiento de éste al ala teórico de envergadura infinita, donde los efectos de borde se pueden despreciar y se puede considerar el perfil en dos dimensiones, y por tanto no existen los efectos de fuera de plano que introducen los torbellinos de punta de ala y hacen aumentar la resistencia inducida inclinando hacia atrás la resultante de la sustentación. Vale, tal vez es hora de definir el alargamiento del ala: es un número adimensional que nos indica cómo de larga es el ala respecto a su anchura. En alas rectangulares es la envergadura divido entre la cuerda. En general se expresa como AR=b^2/S, siendo b la envergadura y S la superficie alar, o AR=b/cma, siendo b la envergadura y cma la cuerda media aerodinámica.

Que el ala sea tan esbelta, y tan larga, no solo trae ventajas. Tambien trae inconvenientes. Como una bailarina girando sobre sus pies con los brazos extendidos o retraídos cambia su velocidad de rotación, la longitud del ala hace cambiar la velocidad de alabeo. Así que cuanto más largas, menos maniobrabilidad en alabeo. Además cuanto más largas mayor es el momento que inducen en el encastre (la unión del ala al fuselaje), por aquella ley de la palanca que cuanto más alejes la fuerza del punto de aplicación más momento tienes.

Así pues las alas de los albatros, que son de gran alargamiento, lo que les permite volar grandes distancias sin cansarse, aportan una solución a los aviones comerciales, en los que la maniobrabilidad no es tan importante como en un caza y donde prima el consumo en viajes a larga distancia. Pero si se estudian más a fondo aportan más soluciones.

Los albatros pueden «bloquear» las alas en la posición de crucero, y sin embargo cuando tienen una ráfaga el ala flexa y no se comporta de forma rígida, evitando transladar esa carga de ráfaga, ese momento, al fuselaje. Pues ese es el invento que llevan probando los de Airbus desde hace algún tiempo. Lo llaman punta de ala con bisagra semi-rígida.

¿Y cómo funciona? Pues más o menos como los viejos slats de Handely Page, con un muelle, o resorte, o material con una rigidez tal que permita a la punta de ala deflectarse más o menos en función de la carga que presione sobre ella. En los slats automáticos desarrollados por Handely Page hace cien años, los slats iban unidos a un resorte, de tal modo que mientras la presión aerodinámica sobre el slat fuera pequeña éste iba desplegado, permitiendo el paso del intradós al extradós, mientras que al aumentar la velocidad del avión aumentaba la presión sobre el slat, haciendo que se retrajera de forma automática. Pues con un mecanismo similar, pero en vez de linal, rotatorio, podemos hacer que la rigidez de la bisagra permita a la punta de ala adaptarse, y en función de la ráfaga que reciba el ala se plegara más o menos. Y no solo eso, en función de la velocidad de vuelo la punta de ala tendrá más o menos diedro.

¿Qué se pretende lograr con esto? Pues permitiría que el alargamiento de las alas fuera de entorno a 18, en lugar de 10, como ahora, pero sin incrementar el peso por tener que reforzar el encastre del ala para soportar los momentos extra que suponen un ala de tal alargamiento. Y oye, ya que estamos, podemos plegar el ala en tierra para que el avión ocupe menos. Y según cuenta el jefe del proyecto, la resistencia aerodinámica inducida puede llegar a ser en un avión de pasajeros hasta de un 40%. Y hasta ahora el hacer crecer la envergadura del ala estaba limitado porque llegaba un punto que el incremento de peso en el encastre para poder sostenerla era tal que seguir aumentando la envergadura se convertía en contraproducente. Y esta solución permitiría reducir el consumo de las aeronaves.

Si habéis llegado hasta aquí y aún no habéis salido corriendo, seguro que lo que os he contado os ha recordado a un par de cosas. Por un lado, a las alas de los veleros, que solucionan todo esto siendo muy flexibles. Pero también al famoso truss braced que presentó la NASA junto con Boeing hace unos años como estudio, básicamente un avión con gran alargamiento en el que como solución se apostaba por recurrir a las viejas riostras, eso sí, con forma de perfil aerodinámico para no aumentar la resistencia aerodinámica.

¡Cómo! ¿Aún seguís por aquí? Entonces os premiaré con un par de imágenes en las que se puede ver que no todos los ensayos que se hacen son de alta tecnología. Sí, ya sé que pensáis que en aeronáutica todo funciona con simulaciones por ordenador y otras maravillas tecnológicas. Pero he de confesaros que si algo funciona, se sigue usando. Así que igual que el añejo Analysis and Design of Flight Vehicle Structures, más conocido como Bruhn, publicado en 1965, sigue siendo de lo más útil que se puede tener cerca, hay soluciones de baja tecnología que aún son útiles para realizar los ensayos de forma fiable y barata, véase colgar el modelo boca abajo de un puente grúa, véase utilizar la mitad del modelo con un sistema para cambiar el ángulo de atque y sujeto a una furgoneta para correr por pista.

vía Noticias-Aero

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