El Centro Alemán Aeroespacial ha utilizado una técnica mediante la cual unos haces de luz láser especialmente brillantes son emitidos desde otros aviones en vuelo de prueba proyectándolos sobre las alas de unos Airbus 320 equipados de sensores especiales. Esto permite iluminar, grabar y estudiar el comportamiento de las gotas de agua que se mueven por las alas, algo que podría ser clave para mejorar el diseño y construcción de aviones más eficientes.

Las imágenes capturadas por dos cámaras de alta velocidad permiten mostrar esas gotas de agua -y por tanto, el flujo de aire que las empuja- moviéndose, lo que a su vez permite ofrecer datos más precisos y realistas que los de una simulación. La técnica, llamada Particle Image Velocimetry, también permite a los investigadores comparar el flujo de aire real en vuelo con el de las simulaciones para ajustar estas últimas y cerciorarse de si los modelos computerizados están bien calibrados.

Visualización de flujo aerodinámico

Christina Politz y su equipo del Instituto DLR de aerodinámica y tecnología de flujo partió en el primer vuelo nocturno de prueba a bordo del DLR A320 ATRA (Advanced Technology  Research Aircraft) el 6 de enero de 2015, en un vuelo de tres horas y media. Las semanas anteriores las pasó haciendo un gran número de modificaciones a la cabina del antiguo avión de pasajeros, acoplando un láser óptico divergente detrás de una ventana especial. «Al lado del láser, instalamos dos cámaras de alta velocidad a izquierda y derecha, detrás de otras ventanas de la cabina, apuntando el láser y las cámaras hacia fuera sobre las alas», explica Politz. «Esto nos permitió utilizar iluminación láser para adquirir miles de imágenes de las reflexiones de las gotas de agua en el aire.»

Los pilotos de prueba del DLR observaron todo el proceso con sus gafas de protección. Nunca antes se había dirigido iluminación láser a lo largo del ala del avión de investigación ATRA.

Volar lentamente para reducir el ruido

Los investigadores están ahora creando animaciones 3D de alta precisión del flujo de aire alrededor del ala. «Queremos adquirir un entendimiento de una precisión no conseguida hasta ahora, de cómo se comporta el flujo de aire alrededor de las alas y flaps, y especialmente alrededor de las nacelles del motor, durante el vuelo a baja velocidad», dice Ralf Rudnik del Instituto DLR de aerodinámica y tecnología de flujo, quien está a cargo del proyecto HINVA (High Lift Inflight Validación). «Sólo si llegamos a una mejor comprensión de los límites aerodinámicos durante el vuelo a baja velocidad tendremos la oportunidad de cambiar estos límites para nuestro beneficio en el futuro.»

Mediciones en tiempo real

Los investigadores del DLR en Göttingen también han desarrollado el Particle Image Velocimetry (PIV) (velocímetro de partículas de imagen). Este proceso consiste en la introducción de partículas de tamaño micrométrico en un campo de flujo para su análisis, y posteriormente utilizando cámaras de alto rendimiento, registrar sus movimientos en tiempo real. En lugar de utilizar partículas sintéticas, los investigadores del DLR están utilizando ahora gotas de agua disponibles de forma natural durante las pruebas en vuelo. El campo de flujo completo se puede calcular y visualizar en tres dimensiones usando un software especialmente desarrollado. Hasta ahora, no había sido posible medir el flujo de aire alrededor de un ala entera en un avión de pasajeros en condiciones de vuelo. Los sistemas anteriores implicaban la fijación de sensores a la superficie del ala; estos tienen la desventaja de interferir con el flujo de aire y sólo son capaces de realizar mediciones en un número limitado de posiciones en el ala. Los investigadores del DLR realizaron ensayos de PIV en 2009 y 2013, en ese momento con el aeronave de investigación DLR Do 228 – un avión sustancialmente menor y propulsado por hélice.