Imagínese que el avión ha despegado, y usted mira por la ventana y de repente descubre que las alas ondulan, giran y cambian de forma silenciosamente; la mayoría de los pasajeros probablemente se pondrán nerviosos en el acto. Pero eso es exactamente lo que los ingenieros alemanes están probando con una nueva tecnología: un prototipo de ala deformable que puede "transformarse" en tiempo real durante el vuelo.
Este proyecto, liderado por el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y cuyo nombre en código es morphAIR, tiene como objetivo introducir una adaptabilidad simplificada en el aire similar a la de las aves y los peces, haciendo que los aviones sean más eficientes y más fáciles de controlar. En la naturaleza, las criaturas que vuelan y nadan a menudo pueden realizar ajustes extremadamente finos y continuos en toda la superficie del ala o el cuerpo; las aves pueden realizar cambios complejos en la envergadura, la curvatura y la torsión, y los peces pueden lograr una propulsión y dirección eficientes mediante movimientos coordinados del tronco y las aletas. Por el contrario, los aviones tradicionales dependen de alas rígidas y superficies de timón separadas, como flaps, alerones y timones, para cambiar de actitud. Esta estructura segmentada aumenta la complejidad mecánica, el peso y la carga de mantenimiento, al tiempo que provoca ruido y pérdidas aerodinámicas adicionales.
En las últimas décadas, la razón por la cual una estructura de ala fija y superficie de control separada ha sido el estándar de la industria no es que sea perfecta, sino que es un "compromiso" de ingeniería. Un perfil aerodinámico adecuado para el despegue no es adecuado para el crucero, y un perfil aerodinámico adecuado para el crucero no es adecuado para el aterrizaje; una forma de ala adecuada para una determinada velocidad, una determinada altitud o un determinado estado de maniobra a menudo resulta subóptima en otras condiciones operativas. Las alas de los aviones civiles existentes están diseñadas "moderadamente" en torno a una variedad de condiciones operativas típicas: para ser "suficientes pero no tan malas" en tantos escenarios como sea posible, en lugar de estar extremadamente optimizadas en un solo escenario.
DLR está tratando de romper con este compromiso y, en cambio, "diseñar la adaptabilidad" entre bastidores. En el concepto morphAIR, las alas pueden deformarse activamente durante diferentes etapas del vuelo: logrando una mayor sustentación durante el despegue y el aterrizaje, reduciendo la resistencia durante el crucero, mejorando la capacidad de respuesta durante los giros y mejorando la estabilidad en turbulencias. Para ello, DLR instaló una nueva ala deformable en un avión de prueba no tripulado llamado PROTEUS y realizó pruebas comparativas con alas tradicionales para verificar la aeronavegabilidad y el efecto de integración del sistema.
El ala morphAIR está construida con un material compuesto totalmente reforzado con fibra con "segmentos morphing" integrados capaces de una flexión continua en el borde de salida. Esta pieza utiliza HyTEM (Hyperelastic Trailing Edge Morphing), un sistema de deformación del borde de salida hiperelástico desarrollado independientemente por DLR, que puede lograr una deformación suave sin líneas de pliegue ni espacios obvios. El concepto sustituye los flaps y alerones convencionales por múltiples pequeños actuadores distribuidos en toda la envergadura, explica el líder del proyecto Martin Radestock del Instituto DLR de Sistemas Ligeros. Estos actuadores pueden ajustar con precisión el perfil aerodinámico en diez posiciones sin crear espacios segmentados en el perfil aerodinámico, reduciendo así la resistencia del perfil y mejorando el rendimiento aerodinámico general y la dinámica de vuelo al tiempo que cambian la sustentación, la resistencia inducida y el momento de control.
El verdadero potencial del ala deformable sólo puede liberarse a través de sistemas de control inteligentes. DLR ha desarrollado un sistema de control de vuelo asistido por IA para este propósito, diseñado específicamente para estas características de movimiento de ala tan variables. Durante el vuelo, el algoritmo adaptativo monitorea continuamente la respuesta real de la aeronave y la compara con el modelo de referencia entrenado. Una vez que se detectan condiciones anormales como turbulencia, daño local o falla de un actuador, el sistema redistribuirá las instrucciones de control por todo el ala en tiempo real para mantener un vuelo estable. Los algoritmos también han sido entrenados en escenarios de falla simulados y son capaces de identificar y compensar modos de falla que conducirían a una pérdida grave de control en la arquitectura tradicional de ala fija.
A nivel perceptivo, DLR también adopta una solución ingeniosa. En lugar de colocar una matriz de sensores de gran superficie en el ala, el equipo desarrolló un método para inferir la distribución de la presión aerodinámica de toda el ala a partir de un pequeño número de puntos de medición. Con la ayuda de esta tecnología de reconstrucción, el sistema de control de vuelo puede "percibir" el estado del flujo de aire alrededor del perfil aerodinámico en su conjunto en tiempo real, comparar el campo de presión reconstruido con el estado esperado, identificar automáticamente las perturbaciones locales y responderlas y suprimirlas activamente antes de que se amplifiquen.
Con la cooperación de alas deformables, control de vuelo de IA y tecnología de reconstrucción del campo de presión, el ala morphAIR tiene la capacidad de "sentir" y "pensar" su propio estado de vuelo en cierto sentido. Los investigadores lo describen como uno de los intentos de ala de avión más cercanos hasta ahora a la adaptabilidad de la superficie del ala de un pájaro. En la actualidad, la prueba de vuelo del dron PROTEUS equipado con esta tecnología verifica principalmente la aeronavegabilidad básica del sistema y la integración y coordinación entre varios subsistemas, sentando las bases para una mayor optimización y expansión de la aplicación en el futuro.
Aunque será difícil que alas deformables similares lleguen a los grandes aviones comerciales en el futuro previsible, en el campo de los drones tiene perspectivas prometedoras. En el siguiente paso, DLR planea realizar más vuelos de prueba con la arquitectura PROTEUS con una masa total de aproximadamente 70 kilogramos para demostrar la viabilidad de expandir la tecnología a plataformas de mayor escala. DLR publicó anteriormente un vídeo de vuelo de prueba que muestra el proceso de deformación del ala en tiempo real durante el vuelo. El mundo exterior puede observar el desempeño real de esta nueva generación de tecnología de superficie variable en el aire a través de enlaces relevantes.