Para volar necesitamos la atmósfera, que haya aire, y controlar cómo se mueve el aire entorno al aparato volador ayuda a volar más rápido, más alto más lejos, más económico… mejor.
Los pájaros lo hacen batiendo sus alas para lograr empuje, y cambiando su geometría en vuelo para maniobrar o adaptarse mejor a cada condición de vuelo. Los humanos, en nuestras máquinas voladoras, lo hemos logrado de diversas formas. EN los primeros años de la aviación, deformando el ala para cambiar su curvatura. Posteriormente se cambió a aletas accionadas mecánicamente, situadas en diferentes partes del avión y con propósitos distintos, aunque con los mismos principios de funcionamiento: alerones, timones de profundidad y dirección, flaps…
FLAVIIR es un proyecto de 5 años, con 6.5 millones de libras aportados por BAe Systems y EPSRC. También colaboran las universidades de Leicester, Liverpool, Manchester, Nottingham, Southampton, Warwick, York, University of Wales in Swansea y el Imperial College London. El objetivo es lograr un avión controlado sin partes mecánicas, y capaz de alcanzar prestaciones similares a los aviones actuales, con la misma potencia. Este objetivo se espera lograr desarrollando varias tecnologías, como aerodinámica, sistemas de control, electromagnetismo, fabricación, materiales y estructuras, así como mejora en los métodos numéricos de cálculo.
Para controlar el aparato sin ningun tipo de ‘aleta mecánica’, ya sean alerones o flaps o timones, se necesita controlar la capa límite. ¿Qué es la capa límite? Cuando un objeto se mueve en un fluido, el fluido en contacto con la superficie del objeto no se mueve, y existe una capa de transición entre esas partículas que tienen velocidad cero respecto a la superficie del objeto, y las que se mueven a la misma velocidad que el resto dle fluido. Esta capa es la que se denomina capa límite. Esta es la capa que hay que controlar para obtener despegues cortos, para alabear, retrasar laentrada en pérdida, o conseguir aparatos de baja resistencia y por tanto bajo consumo.
Podemos conseguir más sustentación con los flaps, que cambian la curvatura y a veces la forma en planta del ala, alabeamos gracias a que al bajar un aleron y subir otro, un ala sustenta más que otro y aparece un par de fuerzas, un momento. Pero también podemos lograr este efecto controlando la capa límite. El proyecto FLAVIIR explora el uso de chorros de aire para soplado de la capa límite. Los chorros son expulsados por orificios de 5mm de diametro, aproximadamente la mitad del tamaño del espesor de la capa límite, y se necesitan muchos cientos de ellos en el extradós del ala para controlar un aparato a escala completa. Estos agujeros irían combinados con una matriz de micro-sensores para medir el flujo de aire y asegurarse que el soplado de la capa límite esta proporcionando el control deseado del aparato. Las universidades Imperial y Leicester son las que se encargan de esta parte del proyecto, la primera de los chorros para soplado de la capa límite, la segunda de los sensores.
FLAVIIR investiga también en la vectorización de empuje, en cambiar la dirección del chorro de los motores. Pero en lugar de hacerlo con toberas vectoriales como en el F35, Typhoon II, Flanker… FLAVIIR persigue lograr esto dirigiendo el chorro del empuje con chorros auxiliares. Estos chorros secundarios estarían situados al rededor de la tobera.
Otro de los objetivos del grupo de investigación, estos basados en Cranfield, se basa en mejorar las técnicas de fabricación, en especial las de plásticos reforzados (materiales compuestos, plástico reforzado con fibras).
El resultado de FLAVIIR es un UAV experimental, llamado Demon, diseñado en Cranfield y construido por el centro de fabricación de materiales compuestos de la universidad, con ayuda de BAe. Con un peso de 80kg y 2.7m de envergadura, el Demon se utilizará para evaluan diversis sistemas de control de la capa límite por soplado.
Por eso Warwick busca disminuir el precio del utillaje para modificar el avión, pues el UAV se producirá en tiradas bajas y será necesarios modificarlos posteriormente para cada misión específica (por tanto el utillaje será uno de los principales gastos de un proyecto).
Más información en la web del proyecto
Y las presentaciones que podemos encontrar en la web:
- General FLAVIIR poster (A1 pdf)
- Manufacturing at Liverpool University (A1 pdf)
- Circulation Control at Manchester (ppt)
- Thrust Vectoring at Manchester (ppt)
- Integrated thrust vectoring and circulation control demonstration craft at Manchester (ppt)
- Predictions in composite structure at Imperial College (ppt)
- Concept Design at Southampton (A1 pdf)
- Flight Control Systems at Leicester (ppt)