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Palas de helicóptero que ahorran energía
Los helicópteros pueden realizar algunas hazañas acrobáticas increíbles, pero también son ruidosos, temblorosos y costosos de ejecutar. Los investigadores de la NASA están desarrollando palas de helicópteros con un material inteligente que cambia de forma y que podría conducir a un viaje más suave, silencioso y con menor consumo de combustible.
Cuchillas inteligentes: La NASA probó sus nuevos actuadores en un túnel de viento en el Centro de Investigación Ames utilizando palas de helicóptero a gran escala (arriba). El actuador (abajo) contiene materiales piezoeléctricos, que cambian de forma cuando se someten a un campo eléctrico. Los cables en la parte superior derecha de la imagen son pilas piezoeléctricas. Cuando se aplica voltaje, se extienden una pequeña cantidad, creando un movimiento mecánico que mueve una solapa hacia arriba y hacia abajo. (La solapa es la parte larga, delgada y amarilla de la hoja en la imagen superior).
Las palas utilizan actuadores piezoeléctricos, dispositivos mecánicos que incorporan un material que cambia de forma cuando se somete a un campo eléctrico. Este cambio de forma deforma la pala del rotor a medida que gira, mejorando el rendimiento aerodinámico de un helicóptero.
El año pasado, la NASA, en colaboración con la empresa aeroespacial Boeing , la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa ( DARPA ) y el Ejército de los EE. UU., Probaron la primera pala de rotor a gran escala que utilizó la tecnología en un túnel de viento que simula las condiciones de vuelo. El sistema redujo significativamente las vibraciones, ahorró energía y permitió controlar con mayor precisión el movimiento del rotor. En el futuro, el sistema también podría reducir el ruido. Ahora está listo para ser probado en vuelo, aunque aún no se ha fijado una fecha para el primer vuelo.
En este momento, estamos tratando de comprender y apreciar todo lo que hemos logrado en el túnel de viento a gran escala, dice William Warmbrodt, líder del proyecto de la División de Investigación y Tecnología de Vehículos de Vuelo de la NASA. Centro de investigación Ames , en California.
Cuando la pala de un helicóptero atraviesa el aire, deja una estela, y cuando la pala de detrás pasa a través de esa estela, experimenta una vibración periódica. Tener la activación de la cuchilla le permite poner un movimiento periódico en las aletas de la cuchilla con la amplitud, fase y frecuencia correctas para cancelar esa vibración, dice Steven Hall , profesor de aeronáutica y astronáutica en el MIT y consultor del proyecto de la NASA.
La gente ha estado hablando sobre el uso de materiales inteligentes en aviones durante mucho tiempo, pero lo que realmente ha faltado es el tipo de actuador adecuado para hacerlo práctico, dice Hall. Los esfuerzos anteriores, que incluían actuadores hidráulicos, resultaron demasiado pesados y lentos para ser prácticos. Es difícil hacer hidráulica en un marco giratorio: necesita suficiente fuerza para desviar la aleta porque las cargas de aire son muy altas y debe hacerlo con la frecuencia requerida, dice Hall.
Viento soplado: Las palas de helicópteros a gran escala equipadas con los actuadores se probaron en el túnel de viento más grande del mundo, ubicado en el Centro de Investigación Ames de la NASA, en California. El túnel de viento simula condiciones de vuelo equivalentes a viajar a 155 nudos.
El nuevo actuador se encuentra dentro del marco de acero de una pala de rotor cerca de la punta de la pala, donde las fuerzas aerodinámicas son mayores, y de una solapa en la parte trasera que se mueve hacia arriba y hacia abajo a medida que gira. Los amplificadores de potencia transmiten un campo eléctrico al material piezoeléctrico dentro de los actuadores, y ese material responde cambiando la longitud, expandiéndose una cantidad muy pequeña (aproximadamente de 10 a 20 milésimas de pulgada). Esto mueve una varilla perpendicular a la solapa de la hoja, que empuja la solapa. Está realizando un pequeño movimiento, amplificándolo lo suficiente como para mover la solapa unos pocos grados, dice Hall.
Pero el movimiento de la aleta crea un cambio aerodinámico dramático en la pala. El flap puede ayudar a generar sustentación o velocidad del aire y, mientras que un avión solo puede usar flaps para despegue y aterrizaje, tales flaps pueden usarse en cualquier momento durante un vuelo en helicóptero.
Lo realmente importante es que los materiales piezoeléctricos son rígidos y pueden cambiar de forma rápidamente. Eso es lo que lo convierte en un actuador aceptable, dice Hall. Los materiales inteligentes también hacen que el sistema de actuador sea liviano y compacto. Además, los investigadores de la NASA han diseñado el sistema de actuador para que encaje en la estructura de las palas de los helicópteros existentes sin modificar significativamente el diseño de las palas del rotor.
Los materiales inteligentes son una gran promesa para revolucionar la forma en que diseñamos, construimos y operamos nuestros helicópteros, dice Warmbrodt.
El proyecto podría tener varios derivados: el Ejército de los EE. UU. Está desarrollando un segundo rotor con motores eléctricos, y DARPA acaba de anunciar un Rotor Adaptativo de Misión ( MAR ), que analizará una serie de tecnologías, incluidos materiales inteligentes, para mejorar las palas de rotor utilizadas en helicópteros militares.
Warmbrodt agrega: El programa DARPA MAR es el siguiente paso para ver cómo vamos a cambiar radicalmente el diseño de las palas de los helicópteros para lograr un nuevo nivel de desempeño.