Reducción de la resistencia: el giro del rotor basculante

Organizada en torno a seis plataformas importantes, la iniciativa Cielo Limpio liderará el desarrollo de los demostradores en vuelo y tierra. La plataforma Giroaviones Ecológicos, uno de los demostradores tecnológicos integrados (DTI), se dedica específicamente a helicópteros y aeronaves de rotor basculante. Se espera que sus operaciones aumenten considerablemente en el futuro para satisfacer la creciente demanda de transporte.

Gracias a una basculación perpendicular o paralela de las góndolas del rotor en relación a la dirección del vuelo, el rotor basculante permite aterrizar o despegar como un helicóptero y desplazarse como un avión.

El proyecto DREAM-TILT (Assessment of tiltrotor fuselage drag reduction by wind tunnel tests and CFD), financiado con fondos europeos, se propuso realizar ensayos y hacer simulaciones para evaluar las características aerodinámicas de los componentes del fuselaje.

Teniendo en cuenta los distintos modos de funcionamiento de una aeronave de rotor basculante, las fuentes primarias de resistencia aerodinámica se encuentran en el fuselaje delantero, los carenados de la base del ala (zona pegada al fuselaje), las aletas del tren de aterrizaje y los empenajes posteriores. El Consorcio Giroaviones Ecológicos 2 (GRC2) ya había identificado formas optimizadas para estos componentes que contribuyen a reducir la resistencia aerodinámica y mejorar la eficiencia aerodinámica.

Con este fin, el equipo aplicó la dinámica de fluidos computacional (DFC) combinada con métodos de diseño innovadores basados en algoritmos evolutivos multiobjetivo. Mediante pruebas en túnel de viento, el equipo del proyecto DREAM-TILT se basó en la arquitectura ERICA para evaluar los componentes del fuselaje del último concepto europeo de rotor basculante de aplicación civil. Más concretamente, los socios del proyecto determinaron la reducción de la resistencia en relación con la configuración de referencia.

Todos los componentes se evaluaron durante una campaña de pruebas en túnel de viento a fin de obtener un desglose preciso de la resistencia e identificar su contribución individual en el rendimiento aerodinámico global del fuselaje. Además de las mediciones globales de fuerza, el equipo investigador realizó ensayos de visualización de flujo para comprender mejor los mecanismos de caudal responsables de los beneficios observados para las nuevas configuraciones de reducción de resistencia.

Se propusieron tres componentes de velocidad del campo de flujo para la validación localizada de las herramientas DFC adoptadas en el proceso de optimización. Posteriormente, el equipo científico utilizó modelos numéricos probados y validados para realizar una serie de cálculos del rendimiento aerodinámico del fuselaje optimizado ERICA a gran escala. Los resultados obtenidos se compararon con los datos del túnel de viento para determinar el impacto de la optimización de la forma, incluidos los efectos asociados al rotor.

Los beneficios de la optimización aerodinámica de los componentes del rotor basculante se han traducido en una reducción de la resistencia igual a un -4,5 % en condiciones de gran escala. El proyecto DREAM-TILT demostró la efectividad de los enfoques basados en DFC para optimizar los componentes del rotor basculante, lo que plantea nuevas oportunidades para el diseño de un rotor basculante más respetuoso con el medio ambiente. La reducción de la resistencia aerodinámica del fuselaje previsiblemente tendrá efectos positivos importantes en términos de eficiencia y consumo de combustible.