El conocimiento de la dinámica y el control de los vórtices o torbellinos de la estela tras las alas de un avión son dos problemas de gran importancia en la aviación comercial desde hace ya bastante tiempo, pues condicionan la frecuencia entre los despegues y aterrizajes de los aviones en un aeropuerto. Para intentar resolver esta problemática, este grupo de investigación de la Universidad de Málaga ha sido dotado con 206.000 euros, por parte de la Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa, para estudiar el comportamiento de estos vórtices y diseñar nuevas estrategias que permitan el control de los mismos y mejoren, en consecuencia, la resistencia de los aviones.

El equipo de investigadores malagueños, liderados por Ramón Fernández Feria, pretende medir mediante la técnica PIV (Particle Image Velocimetry) la velocidad en las tres direcciones espaciales a lo largo de los vórtices de la estela tras las alas de los aviones; una técnica que mediante el tratamiento digital de dos imágenes consecutivas captadas por una cámara de fotos permite obtener la velocidad del fluido en la imagen grabada.

Vórtice visualizado con humo en el despegue de una avioneta

Para ello se usarán modelos de aviones a escala en el interior de un túnel hidrodinámico y se cubrirán las velocidades y las inclinaciones típicas en los procesos de despegue y aterrizaje que se presentan en los vuelos comerciales. Estas medidas se usarán para estudiar la validez de los diferentes modelos que se han usado sobre la estructura y sobre la estabilidad de estos vórtices. Servirán también de base para la propuesta de nuevos modelos, o la modificación de los ya existentes, y para nuevos estudios sobre su estabilidad. Todo esto servirá también para diseñar nuevas estrategias de control de estos vórtices.

Haciendo historia

La llegada del nuevo gigante de la aviación comercial (Airbus 380) ha provocado la formación de estelas tras las alas de estos aparatos mucho más estables y persistentes que las de los aviones comerciales más pequeños, lo que implica un mayor tiempo de espera entre la salida y llegada de aviones y una creciente congestión en los aeropuertos.

En este campo son numerosos los trabajos que se han desarrollado, hasta la fecha, desde los años sesenta del siglo pasado. El primer modelo serio sobre la estructura de los trailing vortices (o los vórtices de la estela de los aviones) que incluía también movimiento en la dirección de la corriente (y no sólo rotación), lo desarrolló Batchelor en 1964.

Una versión simplificada de este modelo ha sido utilizada desde entonces como flujo base para la mayoría de los estudios sobre dinámica y estabilidad de estos vórtices. Poco después se desarrollaron nuevos modelos y una serie de medidas experimentales, entre los que cabe destacar los trabajos de Olsen de 1971 y, sobre todo, los del grupo de Saffman en Pasadena, también en la década de los setenta. Estos últimos investigadores utilizaron la por entonces novedosa técnica LDA (Laser Doppler Anemometry).

En la década de los noventa, este grupo de investigación de la UMA ya desarrolló algunos modelos teóricos generales de vórtices. Así, ante la gran variedad de modelos existentes y la relativamente escasa información experimental (particularmente de la velocidad en la dirección de la corriente en estos vórtices), “resulta de gran relevancia realizar en estos momentos una medición precisa de las tres componentes de la velocidad en el rango paramétrico de la aviación comercial actual”, afirma el responsable Fernández Feria.

Far-Wake

El desarrollo de este proyecto de excelencia hay que contextualizarlo dentro del VI Programa Marco de la Unión Europea Far-Wake, en el que colaboran grupos de 17 universidades e instituciones europeas coordinados por el CNRS-IRPHE (Centre National de la Recherche Scientifique – Institute de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre) de Marsella, y entre los cuales está el grupo del presente proyecto por parte de la Universidad de Málaga. Precisamente, la motivación de este trabajo deriva del estudio que el equipo tiene que desarrollar en ese proyecto europeo: el análisis de la estabilidad espacial de modelos de vórtices de estela. Para ello, el equipo dispone de un aparato de medida de precisión de la velocidad de lo más avanzado que existe actualmente, un sistema de PIV que mide las tres componentes de la velocidad.

Más información:

Departamento de Ingenieria Mecánica y Mecánica de Fluidos
Ramón Fernández Feria
Tel.: 952 13 27 76
Email: ramon.fernandez@uma.es