AERONÁUTICA: HACIA LA CREACIÓN DE UN AVIÓN INCREÍBLE

EL PRÓXIMO AVIÓN X DE DARPA MANIOBRARÁ COMO NINGÚN AVIÓN ANTES QUE ÉL

El desafío es construir un avión sin superficies de control de movimiento

Por Eric Tegler – Enero 9 de 2020

Tomado de Scientific American – 175, traducción especial de Milton W. Hourcade para la página web del UAPSG-GEFAI

La compañía aeroespacial internacional Airbus presentó recientemente un modelo de un nuevo avión no tripulado llamado Low Observable UAV Testbed (LOUT) [Banco de Pruebas UAV de Baja Observación], que según los informes combina varias tecnologías furtivas no reveladas. Las indicaciones en la descripción del avión llevaron a algunos expertos en aviación a especular que uno de los poderes de evasión de radar de LOUT podría provenir de la falta de superficies de control de movimiento convencionales.

Durante el siglo pasado, los mecanismos de control de los aviones se han basado en superficies articuladas, como alerones y timones. Cambiar sus posiciones altera la forma de las alas o la cola, cambiando el flujo de aire circundante y, por lo tanto, la presión del aire. Este ajuste empuja a la aeronave a maniobrar de manera predecible. Pero las superficies de control tradicionales requieren uniones externas que el radar puede detectar con relativa facilidad. Un avión sin uniones tendría mayores capacidades furtivas y rendimiento. También podría tener menor peso, tamaño, complejidad y costo, en comparación con los aviones que utilizan métodos de dirección tradicionales.

Airbus declinó comentar si LOUT contiene dicho sistema de control, pero la búsqueda para desarrollar una nave sin estas superficies de control móviles definitivamente se está acelerando. En agosto pasado, el programa Control de Aeronaves Revolucionarias con Nuevos Efectos (CRANE) de la Agencia de Proyectos de Investigación de Defensa (DARPA) del gobierno de EE. UU. Solicitó a los innovadores que diseñaran y construyeran un avión que pudiera maniobrar sin superficies móviles, y que produjeran este sistema funcional escala artesanal para 2024.

CONTROL DE FLUJO ACTIVO

Tal plano probablemente tendría que guiarse con un método llamado control de flujo activo (AFC), que DARPA solicitó en su anuncio. En lugar de cambiar el flujo de aire alrededor de una nave moviendo superficies con bisagras, AFC lo altera de otras maneras. Una técnica, por ejemplo, sopla aire extraído de un motor a reacción a través de agujeros de uno a cuatro milímetros de ancho en las partes relevantes de la piel del avión. Otro usa conjuntos de electrodos para descargar pulsos eléctricos que calientan rápidamente el aire cercano, lo que hace que se expanda y altere térmicamente el flujo de aire. Estas interrupciones colocadas con precisión cambian la elevación y el arrastre en una ubicación específica para iniciar un movimiento de cabeceo (nariz hacia arriba o hacia abajo), balanceo (ala hacia arriba o hacia abajo) o bandazo (nariz hacia la izquierda o hacia la derecha).

El trabajo teórico sobre el control de flujo activo se remonta a principios de 1900, pero el interés aumentó después de la Segunda Guerra Mundial. Algunos de los primeros trabajos más importantes surgieron de la división de ingeniería Skunk Works de la Lockheed Martin, según Daniel Miller, investigador principal de sistemas y ciencias de vehículos aéreos en esa división. (Skunk Works ha presentado más de 50 patentes de AFC, y Lockheed Martin incorporó características limitadas de AFC en sus SR-71 Blackbird y F-104 Starfighter).

A pesar de esta historia, AFC nunca despegó porque manipular el flujo de aire alrededor de un avión requería demasiada energía. "Simplemente no podía integrar un sistema AFC en la mayoría de las aeronaves cuando [estaba] usando el 10 por ciento [de la energía disponible de la aeronave]", dice Miller.

Sin embargo, desde la década de 1950, los investigadores han aprendido a manipular mejor el flujo de aire señalando dónde tendrá mayor impacto una bocanada de aire o pulso eléctrico; uno podría comparar este proceso con apuntar una bala a un objetivo en lugar de disparar el área general con una bomba. Debido a que las técnicas modernas de AFC son más precisas, requieren mucha menos energía de un avión. "Como ahora estamos mirando al uno por ciento [de la energía de los aviones]", dice Miller, "las cosas están empezando a encajar bastante bien".

PLAN DE LANZAMIENTO DE DARPA

Investigadores comerciales y académicos ya han realizado varias demostraciones independientes de túnel de viento y vuelo de la tecnología AFC. Durante los últimos cinco años, DARPA ha estado estudiando estas pruebas, según Alexander Walan, gerente de programa de la agencia. En 2015, por ejemplo, la NASA y Boeing realizaron pruebas conjuntas en un sistema limitado en la cola de un avión 757.

En 2018, un pequeño dron sin cola conocido como Innovative Control Effectors, o ICE, desarrollado por una colaboración entre Lockheed Martin, la Fuerza Aérea de EE. UU. y el Instituto de Tecnología de Illinois, realizó una demostración de vuelo como parte de un proyecto de investigación de la OTAN. El mismo programa de la OTAN fue responsable del vuelo en 2019 de un aparato volante autónomo similar llamado MAGMA, desarrollado por BAE Systems y la Universidad de Manchester en Inglaterra.

Estos éxitos a pequeña escala convencieron a DARPA de que había llegado el momento de un avión experimental, o avión X, con AFC. "Entre el modelado y la simulación, las demostraciones de componentes y las demostraciones de vuelo, sentimos que la tecnología había madurado lo suficiente como para que fuera posible un programa de avión a gran escala", dice Walan.

CRANE se desplegará en cuatro fases. La primera, que ahora está en marcha, es una convocatoria de propuestas. Los diseños ya han sido presentados por una variedad de equipos industriales y académicos (incluyendo los Skunk Works de Lockheed Martin). Estos planes están estrechamente vigilados, lo que hace difícil adivinar cómo se verá el nuevo avión X. "No quería que las personas se encerraran en un concepto, una imagen, demasiado pronto", explica Walan. Agrega que el avión X podría ser pilotado o sin piloto, así como sin cola o de aspecto más convencional. Incluso podría usar AFC junto con las superficies de control móviles tradicionales. "Si alguien quiere hacer más de un enfoque [de aviones de combate no tripulados] con un número de Mach más alto [mayor velocidad], puede tener superficies convencionales para despegar y aterrizar, y AFC podría mejorar la maniobrabilidad hacia arriba y a lo lejos ", dice Walan.

El mayor desafío, señala, será integrar un novedoso sistema AFC bajo la piel de un avión de tamaño completo. Pero los solicitantes de CRANE, incluido el equipo de los Skunk Works, son optimistas. "Nuestra conclusión es: parece factible", dice Miller. "Creo que estamos dentro del rango sorprendente de reunir todas estas tecnologías componentes y tratar de hacer una demostración de vuelo".