PREDICCIONES AERODINÁMICAS, UN RETO GLOBAL PARA LA CADENA AEROESPACIAL

Noviembre de 2022
Si se consiguen herramientas de predicción más confiables, la siguiente generación de aviones será diseñada, en su mayoría, en un computador, reduciendo los experimentos físicos en el túnel de viento y alcanzando procesos de producción más rápidos y eficientes.  

La industria aeronáutica depende altamente de los modelos realistas, construidos y ensayados en los laboratorios. La proyección para dar un salto y confiar cien por ciento en los modelos computacionales, implica demostrar que este tipo de herramienta de predicción es de alto rendimiento. La NASA y el Instituto Americano de Astronáutica y Aeronáutica (AIAA), vienen abordando el problema desde diferentes perspectivas, construyendo conocimiento de manera colaborativa y, promoviendo la comprensión compartida de la comunidad interesada.  

Un dilema que gira en torno a mejorar las herramientas de predicción desde cálculos numéricos y que, en lo físico, de acuerdo con los expertos, se puede entender mejor cuando se piensa en la aerodinámica del ala de un avión. 

En configuración normal, cuando el avión está volando, el ala es una pieza completa, un cuerpo sólido, pero cuando el avión despega o aterriza, se observa como si estuviera divida en varios elementos, es entonces cuando se despliegan unos elementos a los que se les llama, de alta sustentación. Estos elementos son claves para lograr un despegue y aterrizaje exitoso.  

La forma clásica de estudiar los elementos de alta sustentación es a partir de la experimentación, construyendo un modelo a escala y llevándolo al túnel de viento, una estructura tubular con aire que fluye a través de ella y que permite simular la interacción entre el aire y el objeto, es decir, lo que se espera que ocurra cuando el avión está volando. 

Incluso con las herramientas experimentales actuales, existe la necesidad de entender mejor los detalles de cómo el aire se mueve a través de esos elementos y, cómo es que esa interacción hace que esa fuerza sea la que se requiere para el despegue o el aterrizaje. Especificaciones que se requieren a la hora de pensar en aeronaves más confiables que dependan menos del túnel de viento, lo que reduciría los elevados costos que asume la industria para hacer este tipo de experimentaciones.  

Simular el fenómeno en un computador y que esa herramienta numérica posibilite cuantificar, no únicamente la fuerza sino todos los fenómenos físicos de interacción entre el aire y el ala para generar esa fuerza llamada sustentación y que el avión vuele, sin la necesidad de construir un prototipo físico, a escala, es la base sobre la cual se sustenta el problema y para el cual se buscan soluciones.  

Omar López, profesor asociado de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Los Andes, lleva varios años participando en los workshops anuales que se realizan en Estados Unidos, en donde las propuestas alrededor del problema son discutidas.  

“Uno pensaría que es un problema exclusivo de la industria aeronáutica, pero va más allá y requiere una colaboración global entre industria, instituciones de investigación y académicas para poder solucionarlo”, comentó el profesor. 

Colaboración académica 

En el workshop del año 2010, el profesor Omar conoció al profesor Jaime Escobar, de la Universidad de San Buenaventura de Bogotá, quien también se interesaba en este tema desde hace varios años. Fue esa coincidencia la que abrió la posibilidad de pensar en un grupo de trabajo que pudiera asumir el reto de participar desde la investigación académica para dar respuesta a esta problemática.  

En el 2011, se conformó un grupo de estudiantes tanto de pregrado como de maestría de ambas universidades. Con mucho trabajo y tiempo, el proyecto de investigación consiguió aparecer en el escenario de la discusión, es decir, entraron en la lista de propuestas recibidas por parte de la NASA y AIAA con un aporte que en su momento respondió al interrogante.  

El desarrollo de simulaciones y la generación de datos, que se entienden como soluciones útiles en la base de información para la finalidad del workshop, la propuesta de buenas prácticas de uso de dinámicas de fluidos computacional, que es la herramienta usada para la simulación, en lo relacionado con modelos de turbulencia híbridos en sistemas de alta sustentación y, compilar la información que pudiera ser publicable, fueron los tres elementos que hicieron que el aporte del grupo fuese considerado por la NASA y AIAA para calificar y resaltar el trabajo de los profesores y estudiantes.  

“Yo siempre muestro esta idea en cada espacio que puedo, lo que los mismos estudiantes han hecho, los resultados que ellos han conseguido, al ser un problema complejo, pero no imposible de resolver, genera interés; además, usar una herramienta computacional compleja de alto nivel también les da  experticia en algo muy específico que les ofrece cierto reconocimiento”, explicó López.  Han sido los mismos estudiantes, incluso cuando algunos se van y otros llegan, los que hacen posible que la investigación continúe. 

Para el profesor López, año tras año las predicciones se acercan más a modelos realistas y en la medida en que esto sucede, el modelo se parece más a un avión auténtico. “Una forma de traer la industria aeroespacial a Colombia sería a través de los modelos computacionales, del diseño de piezas, y eso es algo que hacemos a punta de computadores, no se trata de construir el avión. Pero para esto se necesita el impulso del Estado y de la empresa privada para que apalanque la producción intelectual y, de esta manera, poder vender las capacidades de talento”, señaló. 

Ahora mismo, y aunque se han hecho grandes esfuerzos, López señala que es posible, de cara al futuro, que sea difícil volver a ingresar en las listas de propuestas, en parte, debido a la limitación de recursos, pero también al gran esfuerzo que significa investigar, proponer y participar en una conversación que se tiene en un país del primer mundo, desde uno de tercer mundo.

Sin embargo, el entusiasmo por la investigación es mayor por lo que la idea es participar en el próximo workshop en el 2023.