Generando pequeños vórtices en grandes superficies de perfil de ala
El ajuste del flujo de aire en las palas de los helicópteros puede reducir la resistencia aerodinámica, el consumo de combustible y las emisiones. En el caso de las palas de los aerogeneradores, el control activo del flujo puede aumentar de forma importante la eficiencia de la generación de energía. El proyecto STA-DY-WI-CO (Static and dynamic piezo-driven streamwise vortex generators for active flow control), financiado por la Unión Europea, aprovechó la simulación numérica y la validación experimental para desarrollar tecnologías de control activo del flujo para estas aplicaciones. Los generadores de vórtices son pequeños dispositivos que se instalan sobre los perfiles de ala con el fin de crear movimientos en espiral en la capa límite (próxima a la superficie del perfil de ala) con el fin de evitar la separación de flujo (situación en la que el flujo no puede seguir la superficie). El equipo se centró en un generador de vórtices basado en sistemas actuadores microelectromecánicos sobre una membrana piezoeléctrica. Los materiales piezoeléctricos generan un desplazamiento físico como respuesta a una señal eléctrica aplicada. Los modelos numéricos preliminares facilitaron el diseño de dos actuadores y, a continuación, se probaron los generadores de vórtices en pruebas en túnel de viento. Los resultados experimentales confirmaron las posibilidades de reducir la separación de flujo, Teniendo en cuenta el peso ligero y el bajo consumo energético de los actuadores piezoeléctricos, sus posibilidades para reducir la resistencia aerodinámica y el consumo de combustible son muy elevadas. Los investigadores también realizaron análisis acústico y de vibraciones aroelásticas, estas últimas relacionadas con el movimiento rápido e irregular de las palas del helicóptero que genera inestabilidades dinámicas. Las simulaciones demostraron la validez de una herramienta de análisis acústico para reproducir la propagación de ondas de sonido en el campo próximo y de utilizarla para localizar las fuentes principales del nivel de ruido. El análisis de inestabilidad basado en dinámica computacional de fluidos confirmó que un control de flujo ineficiente da lugar a vibraciones aeroelásticas inestables, lo cual acorta la vida útil de la pala. En estudios adicionales, se utilizó un banco de pruebas de maquinaria rotativa junto con modelos numéricos con el fin de evaluar la dinámica estructural de sistemas no lineales. Como resultado, el equipo identificó las características de amortiguación y rigidez no lineales. Todos los modelos de subcomponentes se integraron con una plataforma numérica y se implementaron en un potente superordenador. El proyecto STA-DY-WI-CO ha logrado desarrollar una tecnología de control activo del flujo junto con un potente código de simulación multifísica para los diseñadores de aeronaves y palas de aerogenerador de nueva generación. Las tecnologías reducirán el consumo de combustible, las emisiones y el ruido asociados al vuelo del helicóptero y aumentarán la eficiencia de la generación de energía.
Palabras clave
Flujo de aire, generadores de vórtices, palas de aerogeneradores, palas de helicópteros, control activo del flujo, piezoeléctrico
