Los vehículos hipersónicos, cada vez más cerca

El pasado verano, la compañía Boeing anunciaba en una nota de prensa que se habían completado exitosamente las primeras pruebas estáticas del avión X-51A, una aeronave hipersónica experimental que aplica la tecnología scramjet.

Boeing añadía que se había dado luz verde a las pruebas de vuelo reales, previstas para 2009, con las que se espera alcanzar una velocidad seis veces mayor a la del sonido (Match 6). La tecnología scramjet consiste en un tipo de reactor o motor a reacción capaz de alcanzar velocidades supersónicas superiores a quince veces la velocidad del sonido (Match 15).

Ahora, la Universidad de Purdue, en Estados Unidos, informa en un comunicado, que el equipo de ingenieros de ha dirigido los experimentos de este proyecto han obtenido por fin los datos esenciales para el diseño del prototipo de pruebas del avión X-51A, que se espera evolucione hacia el desarrollo de misiles de gran velocidad y aviones civiles y militares espaciales.

Las pruebas han sido realizadas utilizando el único túnel de viento o túnel aerodinámico capaz de funcionar con velocidades hipersónicas, y han servido para recoger datos que muestren de manera precisa cómo el aire fluye sobre la superficie del avión en vuelo.

En ingeniería, un túnel de viento es una herramienta de investigación desarrollada para ayudar en el estudio de los efectos del movimiento del aire alrededor de objetos sólidos. En su interior, el objeto estudiado permanece estacionario mientras se fuerza el paso de aire o gas alrededor de él. Se utiliza para estudiar los efectos del movimiento del aire en objetos como aviones, naves espaciales, misiles, automóviles, edificios o puentes.

Información detallada

Concretamente, los ingenieros necesitaban información detallada acerca de la manera en que el flujo de aire cambia durante el vuelo de suave a turbulento a medida que se acelera sobre la superficie del avión. Esta información resulta esencial para el diseño óptimo de aviones que circulen a velocidades hipersónicas, de casi 6.400 kilómetros por hora.

La investigación se ha centrado en la parte frontal del avión, utilizando un modelo alargado para las pruebas en el túnel aerodinámico. Así, se ha conseguido obtener datos de dos cuestiones esenciales: el mantenimiento del flujo turbulento de aire dentro de la cámara de combustión del motor para conseguir que el scramjet funcione apropiadamente, y también el incremento de la cantidad de flujo de aire suave sobre la superficie del vehículo para reducir la fricción y el calor que podrían dañarlo o destruirlo. Cuanto mayor es la velocidad, mayor es la fricción y el calor que se generan en vuelo.

El avión X-51A es una aeronave con un saliente en forma de cuchara en su parte baja, por donde el aire es precipitado al acceso a la cámara de combustión del motor. Resulta esencial que el aire entrante en este acceso sea turbulento a velocidades supersónicas para que el motor no se colapse y el avión acabe estrellándose.

Por esta razón, el aire deber ser convertido en turbulencia antes de entrar en el acceso, lo que se logra utilizando una banda de metal levadiza situada cerca de él y que hace que el aire “tropiece” durante su fluido, y se transforme. El túnel de viento está ayudando a los científicos a comprender esta transición y a determinar donde debe situarse dicha banda y cuanto debe separarse de la superficie de la aeronave.

Pero, al mismo tiempo, el flujo de aire sobre la parte alta del vehículo debe ser lo más suave posible para reducir la fricción y el calor antes señalados, por lo que los datos del experimento se utilizarán para definir el diseño de esta parte del avión en función del calor y la fricción que puedan acumularse en vuelo.

Aplicaciones futuras

Para ello, los investigadores utilizaron una pintura sensible a la temperatura con la que midieron hasta qué punto esta parte de la superficie de la nave se calentaría con el rozamiento del aire. La pintura cambiaba de color en función del calor acumulado.

Los científicos esperan que los aviones con scramjet puedan ser usados en 2015. Esta tecnología promete interesantes aplicaciones, por ejemplo, en el diseño de aviones espaciales de funcionamiento mucho más barato que los actuales cohetes espaciales, lo que haría más factible el traslado orbital de mercancía.

Y es que el scramjet ofrece unas prestaciones similares a las de un cohete, aunque con la diferencia de que no lleva el oxígeno almacenado en un depósito, sino que lo toma del aire. Esto reduce en gran medida el peso de las aeronaves con respecto a los cohetes espaciales convencionales, en los que el oxígeno supone más del 50% del peso total. Por eso, la tecnología scramjet podría utilizarse en el despegue y en vuelos atmosféricos iniciales.

El proyecto X-51 está liderado por el Air Force Research Laboratory y la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA. El vehículo ha sido fabricado por las compañías Pratt & Whitney y Boeing. Los ingenieros de la Universidad de Purdue forman parte de un equipo nacional de investigadores de los ámbitos gubernamental, académicos e industriales que trabajan en colaboración en los diferentes aspectos de la aeronave.