Predicciones rápidas y precisas de arrastre mejoran el diseño de aeronaves

Investigadores de la Universidad de Surrey propusieron un enfoque computacional que puede proporcionar datos sobre el arrastre aerodinámico de manera más eficiente durante las primeras etapas del diseño de aeronaves. Se espera que AeroMap ayude a desarrollar aeronaves más seguras y eficientes en el consumo de combustible.

El arrastre es la fuerza aerodinámica que se opone al movimiento de una aeronave a través del aire. Poder predecir el arrastre con precisión en una etapa temprana del diseño ayuda a los ingenieros a evitar ajustes posteriores que pueden llevar a un aumento en el tiempo y los costos. Estimaciones confiables en las primeras fases también pueden reducir la necesidad de pruebas extensivas en túneles de viento o simulaciones computacionales a gran escala.

AeroMap estima el arrastre para diferentes configuraciones de ala y fuselaje que operan a velocidades cercanas a la velocidad del sonido. En un estudio publicado en Aerospace Science and Technology, los investigadores mostraron cómo AeroMap proporciona conjuntos de datos hasta 10 a 100 veces más rápido que las simulaciones de alta fidelidad actualmente disponibles en el mercado, manteniendo una buena precisión.

Los investigadores sugirieron que tales mejoras en la velocidad de predicción podrían apoyar el desarrollo de configuraciones de aeronaves más eficientes en combustible al permitir que los diseñadores evalúen una gama más amplia de opciones de diseño en menos tiempo.

"Nuestro objetivo fue desarrollar un método que proporcione predicciones aerodinámicas transónicas confiables para una variedad de configuraciones, sin el alto costo computacional de simulaciones a gran escala. Al proporcionar resultados confiables más temprano en el proceso de diseño, AeroMap reduce la necesidad de rediseños costosos y pruebas repetidas en túneles de viento.

"También entrega el nivel de detalle que los ingenieros necesitan para refinar conceptos de manera más eficiente y con mayor confianza", afirmó Dr. Rejish Jesudasan, investigador de la Universidad de Surrey y autor principal del estudio.

AeroMap se basa en un método de potencial completo acoplado viscoso, que combina una forma reducida de las ecuaciones de Navier–Stokes que describen el flujo de aire con un modelo de la delgada capa límite de aire que se mueve a lo largo de la superficie de una aeronave. Este enfoque permite a AeroMap capturar los principales efectos del arrastre sin las altas demandas computacionales de simulaciones más detalladas. Como resultado, proporciona una herramienta práctica para las primeras etapas del diseño de aeronaves, cuando los ingenieros necesitan resultados que sean tanto confiables como rápidos.

Muchos modelos existentes aún dependen de métodos empíricos desarrollados hace varias décadas. Aunque estos siguen siendo ampliamente utilizados, pueden ser menos precisos cuando se aplican a diseños de alas modernos y de alta eficiencia. AeroMap ha sido validado contra datos de túneles de viento de NASA, con resultados que muestran una estrecha concordancia entre sus predicciones y las mediciones experimentales, lo que indica su idoneidad para el desarrollo de aeronaves sostenibles.

"Predecir con precisión el rendimiento transónico de las configuraciones de aeronaves, durante los estudios conceptuales iniciales, sigue siendo un desafío significativo. Los enfoques empíricos anteriores, basados en conjuntos de datos más antiguos, pueden tener dificultades para capturar el comportamiento de alas modernas de alta eficiencia.

"AeroMap combina principios aerodinámicos establecidos de una manera que mejora la confiabilidad de las predicciones de arrastre durante el desarrollo temprano, ayudando a los ingenieros a tomar decisiones de diseño mejor informadas", afirmó Dr. Simao Marques.

"Estamos explorando cómo AeroMap puede combinarse con técnicas de optimización para evaluar una gama más amplia de configuraciones de ala y fuselaje y escenarios de rendimiento. Este enfoque podría ayudar a los ingenieros a identificar diseños más eficientes más temprano en el proceso, potencialmente reduciendo los costos de ciclo de vida y apoyando a la industria en su camino hacia metas de sostenibilidad futuras", concluyó John Doherty.

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