Científicos europeos han logrado superar un importante desafío en aeroelasticidad: la supresión del fenómeno de aleteo en la estructura de un avión por medio de un sistema de control activo.
Este hito se demostró en una campaña de vuelo utilizando un vehículo aéreo no tripulado (UAV) especialmente construido por un equipo del Centro Aeroespacial Alemán (DLR), el Instituto de Ciencias de la Computación y Control (SZTAKI) de Hungría, el Laboratorio Aeroespacial Francés (ONERA) y la Universidad Técnica de Munich (TUM) de Alemania.
Las aeronaves se diseñan utilizando tecnologías que permiten una construcción ligera para reducir su huella de carbono a través de un menor consumo de combustible. En consecuencia, las estructuras de las aeronaves son flexibles, lo que significa que se deforman cuando se someten a cargas aerodinámicas. Las tendencias en materiales y mejoras en el diseño permitirán que los futuros aviones sean aún más ligeros, aumentando aún más su flexibilidad, informa el DLR en un comunicado.
Esta interacción entre la deformación estructural y la aerodinámica se denomina aeroelasticidad. A medida que aumenta la flexibilidad, la dinámica estructural de la aeronave, es decir, las características de su vibración, comienzan a verse involucradas en determinados fenómenos.
Bajo ciertas condiciones, las interacciones entre las vibraciones de la estructura de una aeronave y el flujo de aire que la rodea pueden volverse inestables. Este conocido fenómeno aeroelástico, conocido como ‘aleteo’, puede provocar fallas catastróficas debido a un rápido aumento en la amplitud de la vibración. Por lo tanto, la estructura de una aeronave debe diseñarse de tal manera que el aleteo nunca pueda ocurrir a su velocidad máxima de operación o por debajo de ella, con un margen considerable. Este requisito crucial plantea una limitación considerable a la hora de hacer que las estructuras de las aeronaves sean aún más ligeras.
Dentro del proyecto Flight Phase Adaptive Aero-Servo-Elastic Aircraft Design Methods (FliPASED), uno de los objetivos principales era suprimir el aleteo por medios activos, mediante el uso de superficies de control a bordo, sensores y algoritmos de control inteligente. El objetivo era investigar en qué medida este principio de supresión activa del aleteo permite una nueva libertad de diseño para reducir aún más el peso estructural de la aeronave.
Alcanzar este objetivo implicó las siguientes tareas clave: 1) desarrollar métodos y herramientas para el modelado preciso de aeronaves flexibles, 2) desarrollar algoritmos de control de aeronaves para permitir volar más allá de la velocidad de aleteo de diseño, y 3) validar las herramientas y métodos desarrollados de manera segura y plataforma de prueba experimental asequible.
El T-FLEX UAV fue diseñado dentro de un proyecto de investigación europeo anterior: Flutter Free Flight Envelope eXpansion (FLEXOP). El fundamento detrás de un demostrador de este tipo es que se pueden probar diferentes tecnologías de manera relativamente rápida y segura en un banco de pruebas, a una fracción del costo de adaptar un avión comercial volador y sin riesgo para la vida humana.
La segunda versión del UAV, P-FLEX, se utilizó para probar el control activo del aleteo. Como dispositivo de seguridad adicional para las pruebas de vuelo, también se implementó un sistema de parada de aleteo operado por los pilotos como una característica de seguridad importante.
