En 2015 os enseñamos un vídeo de la NASA en la que realiza un ensayo con una Cessna, y la estampa contra el suelo para entender dónde es mejor colocar unas balizas. Y, desde entonces, he de reconocer que nos hemos aficionado un tanto a estos espectaculares ensayos de impacto. Son similares a los famosos crash test de la automoción, pero para ensayar aporrizajes severos.
Se equipa la aeronave con sensores, se equipa con maniquíes para simular que son personas, se llena de acelerómetros, se pinta la aeronave de una forma específica para facilitar el trabajo a las cámaras… se carga a través de unas eslingas y se alza en el pórtico desde el que se va a dejar caer, ¡y a estampar aviones en nombre de la ciencia!
Os dejamos algunos de estos ensayos.
Como curiosidad, el último ensayo de este tipo del que tenemos constancia, es el de un fuselaje más o menos característico de un eVTOL. Hay que destacar también que el ensayo se realiza sin tren de aterrizaje ni patines, entendemos que simulando un aterrizaje de emergencia en una aeronave de este estilo que ha tenido problemas para desplegar el tren. Los resultados no fueron muy alentadores… así que es de esperar que pidan algún tipo de medida correctiva. ¿Llevar tren o patines fijo?
Y ya sabéis, si os ha gustado la entrada, ¡seguidnos!
Northrop Grumman está colaborando con la NASA para desarrollar y probar soluciones para integrar grandes sistemas de aeronaves no tripuladas en el espacio aéreo estadounidense.
El esfuerzo se centrará en las operaciones de carga aérea y es parte del subproyecto Pathfinding for Air Traffic Management-eXploration (ATM-X) de la NASA para el espacio aéreo con vehículos autónomos. Este trabajo incluirá la coordinación con la FAA, revisiones de preparación de vuelo y desarrollo de un plan de prueba para simulaciones y demostraciones de vuelo.
Al asociarnos con la NASA, detallaremos los requisitos y las soluciones para hacer posible que las aeronaves autónomas, en este caso de carga aérea, se integren sin problemas y de manera segura en el espacio aéreo nacional. Nuestro trabajo conjunto mejorará el acceso al espacio aéreo y transformará la forma en que se utilizan los sistemas no tripulados para transportar mercancías a través de los EE. UU.
Tom Jones, vicepresidente corporativo y presidente de Northrop Grumman Aeronautics. Sistemas
Visión artística del demostrador del airliner del futuro, con ala super esbelta y arriostrada
En el intento de lograr reducir las emisiones de la aviación, Boeing y la NASA han lanzado un proyecto de 425 millones de dólares para diseñar y fabricar un avión demostrador de lo que podría ser el avión de aerolínea del futuro.
Este avión mantiene la forma clásica de fuselaje de tubo, e incorpora un ala de gran alargamiento arriostrada. El ala de gran alargamiento reduce la resistencia inducida, y la riostra hace posible esta gran envergadura sin subir en exceso el peso de la unión al fuselaje, o encastre.
Alas de tal envergadura podrían requerir mecanismos de plegado, cual avión de portaaviones, si superasen las envergaduras para las que están diseñados actualmente los aeropuertos.
Para los que esperaban un avión del futuro con forma de ala volante, explicar que mantener la forma de tubo tiene sentido dado que en un ala volante la presurización es compleja, el tiempo de evacuación podría crecer, las posiciones de los asientos más alejadas de la línea central del avión podrían ser incómodas para los pasajeros durante distintas maniobras, además de que la logística aeroportuaria, incluidas terminales, están diseñadas para aviones de fuselaje tipo tubo. Así pues no es sorprendente que se mantenga esta configuración de tubo y ala.
También podemos observar en el modelo que la flecha del ala, la inclinación hacia atrás de la misma, es menor, de lo que se infiere unas menores velocidades de crucero. Por la forma del ala y la posición de los motores en él se abre la posibilidad a nuevas motorizaciones, desde turbofanes de más alto índice de derivación a turbohélices avanzados o incluso conceptos de rotor abierto.
– La NASA, Boeing y sus socios tienen como objetivo reducir el uso de combustible y las emisiones hasta en un 30 % en aviones de pasillo único
– Los avances en tecnología sostenible son cruciales para alcanzar el objetivo de la aviación civil de tener cero emisiones netas de carbono para 2050
La NASA seleccionó a Boeing para liderar el desarrollo y las pruebas de vuelo de un demostrador tecnológico del concepto Transonic Truss-Braced Wing (TTBW).
Las tecnologías demostradas y probadas como parte del programa Demostrador de vuelo sostenible (SFD) proporcionarán información imprescindible para los diseños futuros , que podrían conducir a avances aerodinámicos y de eficiencia de combustible.
Cuando se combina con los avances esperados en los sistemas de propulsión, los materiales y la arquitectura de los sistemas, un avión de pasillo único con una configuración TTBW podría reducir el consumo de combustible y las emisiones hasta en un 30 % en relación con los aviones de pasillo único más eficientes de la actualidad, dependiendo del perfil del vuelo. El programa SFD tiene como objetivo promover el compromiso de la industria de la aviación civil de alcanzar cero emisiones netas de carbono para 2050, así como los objetivos establecidos en el Plan de Acción Climática de la Aviación de EE. UU. de la Casa Blanca.
Las alas ultra esbeltas arriostradas de gran alargamiento, podrían eventualmente acomodar motores más avanzados, cuyo uso ahora queda restringido por la falta de espacio debajo del ala en las configuraciones actuales. Para el vehículo de demostración, Boeing utilizará elementos de vehículos existentes y los integrará con componentes completamente nuevos.
La financiación de la NASA a través del Acuerdo de la Ley Espacial SFD asciende a 425 millones de dólares. El programa SFD también aprovechará hasta $ 725 millones en fondos de Boeing y sus socios de la industria para dar forma al programa de demostración y satisfacer las necesidades de recursos requeridas. Por separado, las inversiones internas anteriores de Boeing para las fases recientes de investigación de aviación sostenible totalizan $ 110 millones.
El concepto de fuselaje TTBW es el resultado de más de una década de desarrollo respaldado por la NASA, Boeing y las inversiones de la industria. Bajo programas anteriores de la NASA, incluido el programa Subsonic Ultra Green Aircraft Research de la agencia, Boeing realizó extensas pruebas en túneles de viento y modelado digital para avanzar en el diseño del TTBW. Los primeros estudios conceptuales comenzaron bajo el programa de Aviación Ambientalmente Responsable de la NASA.
Y ya sabéis, si os ha gustado la entrada, ¡seguidnos!
La NASA ha probado en el túnel de viento de Langley una pareja de rotores del helicóptero multirrotor que mandará a Titán, la luna de Saturno, con la misión Dragonfly.
Los investigadores simularon las condiciones previstas para el vuelo estacionario, el descenso y el ascenso, y evaluaron las cargas aerodinámicas de cada rotor con una variedad de velocidades del viento, ángulos del eje de giro y velocidades de rotación. También realizaron pruebas con un rotor en funcionamiento y el otro inmóvil para evaluar los modos de seguridad ante el fallo.
Los sensores y acelerómetros en el especimen de prueba midieron las cargas y aceleraciones en cada rotor. El análisis preliminar de los datos indica que las predicciones de CFD (computación de fluidos por ordenador) sobre el rendimiento del rotor y los requisitos de potencia son válidas, y predicciones similares para la operación en Titán están dentro de las tolerancias esperadas de la misión.
Las pruebas en esta instalación única en su tipo fueron un primer paso crucial para hacer realidad esta emocionante misión. Los datos que recopilamos en el tunel de viento nos darán una imagen mucho más clara de cómo podemos esperar que funcionen los rotores de Dragonfly en la atmósfera alienígena de Titán.
Richard Heisler, líder de ensayos en túnel de viento para Dragonfly
Se trata del helicóptero de la misión Dragon Fly. El helicóptero será un octorrotor, de 450kg, cuyo fuselaje medirá unos 2m de largo (del morro a la cola) y otros dos de ancho (del punto más externo del diámetro descrito por las palas del rotor al otro).
El lanzamiento de Dragonfly está programado para 2027, y la llegada a Titán para 2034, cuando comenzará lo que se espera sea una misión de 3 años para explorar y arrojar luz sobre la compleja química en el exótico satélite. Fue seleccionado en junio de 2019 como parte del programa New Frontiers de la NASA, que incluye la misión New Horizons a Plutón y el Cinturón de Kuiper, Juno a Júpiter y OSIRIS-REx al asteroide Bennu. Dragonfly está dirigido por la investigadora principal Elizabeth Turtle en APL, que se encuentra en Laurel, Maryland.
Se convertiría así en el segundo helicóptero en volar en una atmósfera distinta de la de la Tierra, habiendo sido el primero el Ingenuity (~2kg de masa al despegue y 1.2m de diámetro de rotor).
Las condiciones que se va a encontrar el Drafonfly en Titán son justo las contrarias que el Ingenuity en Marte. Si en Marte había que volar en una atmósfera mucho menos densa que la terrestre y con mucha menos presión, en Titán el octorrotor deberá volar en una atmósfera que se encuentra a unos -177ºC, 1.6 atmósferas de presión y que tiene una densidad de 5.9kg/m³, y 1.35m/s² de aceleración de la gravedad frente a los 15ºC, 1 atmósfera, 1.225kg/m³ y 9.81m/s² de la Tierra.
Por comparar, la gravedad de Marte es entorno a un tercio de la de la Tierra (3.72m/s² frente a los 9.81m/s²). Sin embargo ¡la densidad de la atmósfera es de un 1% la de nuestro planeta (~0.01kg /m3 frente a los 1.225kg/m3).
La sustentación depende proporcionalmente de la densidad del aire y de la velocidad de rotación de los rotores de los rotores. La sustentación ha de vencer al peso para que Dragonfly pueda volar. Al tener mucha más densidad que en Marte, no será necesario que roten tan rápido como las del Ingenuity. Así pues, como en el caso del helicóptero marciano, aunque las leyes de la aerodinámica son conocidas, tendrán que rediseñar todo, posiblemente incluso los perfiles aerodinámicos, para adaptarlos a la atmósfera de Titán.
Otros retos de la ingeniería será la elección de los materiales, puesto que sus propiedades mecánicas se degradan mucho con temperaturas tan bajas, el diseño de la electrónica, así como la navegación: como en el caso de Marte no se cuenta con una red de satélites para dotar de navegación GPS al helicóptero.
Los generadores de torbellinos, en inglés vortex generator, o VG, son unos dispositivos que se pegan en el borde de ataque para asegurarse de que la capa límite no se desprende. Hablamos de ellos detenidamente cuando hablamos de hipersustentadores, por eso sólo os resumimos cómo funciona.
La capa límite laminar tiene menos energía que la turbulenta, por ello se desprende antes del perfil, y éste entra en pérdida antes. Por eso, durante las fases de vuelo lento (despegue y aterrizaje) conviene asegurarse de que la capa límite queda adherida al ala, tanto por retrasar la pérdida como para asegurar un buen mando aerodinámico.
Sin embargo, una vez en crucero, la capa límite laminar ofrece la ventaja de tener una menor resistencia aerodinámica que la turbulenta. Por eso, una vez en crucero, los generadores de torbellinos «estorban», puesto que sólo sirven para generar más resistencia aerodinámica.
¿Y si los hicieran retráctiles? De este modo podrían ser beneficiosos en despegue y aterrizaje y no estorbar en vuelo. Esto se traduce en menor consumo de combustible en vuelo, esto es menos gasto para las aerolíneas, y hoy día se lee «es más verde».
Y ese es el estudio que están realizando Boeing y la NASA sobre el Ecodemostrator. Han montado sobre el avión de ensayos de Boeing los Shape Memory Alloy Reconfigurable Technology Vortex Generators, o SMART VG. Básicamente unos generadores de torbellinos retráctiles, gracias a una aleación con memoria.
Las aleaciones con memoria cambian su forma en función de excitaciones externas, bien sean corrientes eléctricas o bien temperaturas. NASA ha empleado una aleación llamada nitinol, que cambia su forma en función de la temperatura a la que está sometida. De este modo, y como en tierra siempre hace más calor que a la altitud de crucero, el muelle de nitinol actúa sobre los VG, que se despliegan o retraen en función de la temperatura. Y aunque se plantea como un procedimiento automático, nada impide poner un botón en cabina para poder controlar la temperatura de esta articulación y, por tanto, tener también control manual sobre los VG. De hecho, durante esta segunda campaña de ensayos, porque ya se probó el concepto en 2019, se han ensayado ambas configuraciones: la automática, y la que incorpora unas resistencias eléctricas para calentar los resortes de nitinol.
