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May 30, 2023

La nueva X de DARPA

Ser capaz de eliminar las superficies de control móviles tradicionales podría fundamentalmente

Ser capaz de eliminar las superficies de control móviles tradicionales podría cambiar fundamentalmente la forma en que se diseñan los aviones, especialmente los sigilosos.

Cabra frenética

La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa ha pasado a la siguiente fase de su programa de Control de Aeronaves Revolucionarias con Efectores Novedosos, o CRANE. El proyecto se centra en un avión no tripulado experimental, que está desarrollando Aurora Flight Sciences, que no tiene superficies móviles tradicionales para controlar el avión en vuelo.

El diseño CRANE de Aurora Flight Sciences, que aún no tiene una designación o apodo oficial de X-plane, en su lugar utiliza un sistema de control de flujo activo (AFC) para maniobrar la aeronave usando ráfagas de aire altamente presurizado. Esta tecnología eventualmente podría encontrar su camino hacia otros diseños militares y civiles. Podría tener implicaciones particularmente significativas cuando se aplique a futuros aviones furtivos.

La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) emitió ayer un comunicado de prensa sobre los últimos desarrollos en el programa CRANE. Aurora Flight Sciences, una subsidiaria de Boeing, anunció que había recibido un contrato de Fase 2 para continuar trabajando en este proyecto el 12 de diciembre de 2022.

"La Fase 2 se centrará en el diseño detallado y el desarrollo de software y controles de vuelo, que culminará en una revisión crítica del diseño de un X-plane de demostración que puede volar sin los controles de vuelo móviles tradicionales en el exterior de las alas y la cola", según DARPA. "El contrato incluye una opción de Fase 3 en la que DARPA tiene la intención de volar un avión X de 7000 libras que aborda los dos obstáculos técnicos principales de la incorporación de AFC en un avión a gran escala y la dependencia de él para un vuelo controlado".

Aurora fue una de las cuatro empresas contratadas para realizar estudios iniciales de diseño relacionados con CRANE en 2020 y 2021 como parte de la Fase 0 del programa. La empresa exploró múltiples diseños, incluidos tipos de rotor basculante inspirados en Bell/Boeing V-22 Osprey y otro vertical Aeronave con capacidad de despegue y aterrizaje con ventiladores de elevación integrados en sus alas. También se consideró, entre otros, una versión modificada del demostrador de cuerpo de ala combinada X-48C de Boeing.

El diseño por el que finalmente se decidió Aurora se parecía más a un avión convencional. Sin embargo, tiene una forma en planta llamada Co-Planar Joined Wing (CJW) que consta de dos conjuntos de alas unidas a un solo fuselaje central que se fusionan en las puntas, junto con una disposición de cola vertical gemela. Tal como está diseñado actualmente, el dron utilizará "bancos" de boquillas instaladas en varios puntos de las alas para maniobrar en el aire.

La disposición del motor principal de la aeronave no está del todo clara. Una entrada de aire de barbilla debajo del fuselaje delantero junto con una sola boquilla de escape en la parte trasera que se ve en el arte conceptual oficial y en los modelos de túnel de viento parecería apuntar a un plan para propulsar el avión con un solo motor a reacción.

Tampoco está claro si se espera que el sistema de propulsión principal de la aeronave, o algún tipo de fuente de energía auxiliar, genere el aire presurizado necesario para que funcionen los bancos de boquillas AFC. El arte conceptual que DARPA ha publicado parece mostrar una entrada separada en la parte superior de la nariz y un escape más pequeño en la parte superior de la sección media del fuselaje que podría estar vinculado al sistema AFC.

Curiosamente, el diseño de Aurora "está configurado para ser un banco de pruebas modular con alas externas reemplazables y efectores AFC intercambiables. El diseño modular permite probar no solo los efectores AFC de Aurora, sino también los efectores AFC de varios otros diseños", un comunicado de prensa de la compañía emitido en diciembre. 2022 dijo. "Al expandir las capacidades de prueba más allá de los componentes diseñados por Aurora, el programa avanza aún más en su objetivo de brindar la confianza necesaria para los futuros requisitos de aeronaves, tanto militares como comerciales, para incluir capacidades habilitadas por AFC".

Aurora ya ha realizado importantes pruebas en túnel de viento de modelos a escala reducida con componentes AFC representativos como parte de la Fase 1 de CRANE. La empresa, junto con Lockheed Martin, fue elegida para pasar a esa fase del programa en 2021.

"Usando un modelo a escala del 25 %, Aurora realizó pruebas durante cuatro semanas en un túnel de viento en San Diego, California. Además de 11 superficies de control convencionales móviles, el modelo presentaba 14 bancos AFC con ocho canales de suministro de aire AFC controlables totalmente independientes, "Según un comunicado de prensa que la compañía publicó en mayo de 2022. "Se recopilaron más de 14 000 puntos de datos, incluidos 8860 puntos de alimentación de control AFC, que forman la base de una base de datos aerodinámica de calidad de vuelo para permitir una ejecución rápida en futuras fases del programa".

Si DARPA continúa con la Fase 3 del programa CRANE, Aurora construirá el prototipo completo de 7,000 libras, que según la compañía también se espera que tenga una envergadura de 30 pies y pueda alcanzar velocidades de hasta Mach 0.7. Las pruebas de vuelo podrían comenzar ya en 2025.

Si el diseño del avión CRANE X resulta viable y se convierte en un avión real en condiciones de volar, podría tener ramificaciones importantes para el desarrollo de aviones en el futuro. La capacidad de eliminar la necesidad de mover las superficies de control podría conducir a cambios fundamentales en la forma en que se podría desarrollar cualquier avión en el futuro.

Deshacerse de las superficies de control tradicionales inherentemente permite que un diseño sea más aerodinámico y, por lo tanto, vuele de una manera más eficiente, especialmente en altitudes más altas. Un avión con un sistema AFC no necesita los diversos actuadores y otros componentes para mover cosas como alerones y timones, lo que ofrece nuevas formas de reducir el peso y el volumen.

Un diseño de aeronave más liviano y aerodinámico que use un sistema AFC podría ser capaz de una mayor maniobrabilidad. Esto podría ser particularmente cierto para los tipos sin tripulación que tampoco tienen que preocuparse por las limitaciones físicas de un piloto.

La eliminación de tantas piezas móviles también significa menos elementos que puedan romperse, lo que mejora la seguridad y la confiabilidad. Esto también eliminaría varios requisitos de mantenimiento y logística. Podría hacer que un diseño militar sea más resistente al daño de la batalla y también más fácil de arreglar.

Si bien todo esto podría ser beneficioso para muchos tipos de aeronaves, la tecnología AFC podría ser especialmente significativa cuando se aplica a diseños furtivos. Los diseñadores de aeronaves furtivas deben tener en cuenta las juntas u otros espacios entre las superficies expuestas y, en general, tratar de mantenerlos al mínimo, para garantizar que la sección transversal del radar permanezca lo más baja posible.

Como tal, las superficies de control tradicionales, que por definición no siempre pueden estar al ras con el resto de la forma externa de la aeronave, son un problema importante y actualmente ineludible. Los diseños fly-by-wire también mantienen estas superficies revoloteando en todo momento para mantener estable la aeronave sigilosa en vuelo hacia adelante. La tecnología AFC promete ser capaz de cambiar esta realidad y facilitar la optimización de las cualidades de evasión de radar de un diseño sigiloso. Otras tecnologías, como la capacidad de deformar dinámicamente las estructuras de las alas para proporcionar control de vuelo, también podrían ayudar en el futuro control de firmas de radar de aeronaves sigilosas.

El programa CRANE y el diseño de Aurora Flight Sciences, por supuesto, no es la primera vez que se experimenta con la tecnología AFC. BAE Systems, con sede en el Reino Unido, que fue otro de los participantes en la Fase 0 de CRANE, ha estado experimentando públicamente con varios conceptos de AFC desde al menos 2010. El más reciente de estos desarrollos fue un diseño equipado con AFC llamado MAGMA. Descrito por BAE como un "modelo grande", este avión realmente voló y puede leer más sobre él aquí.

"Durante las últimas décadas, la comunidad de control de flujo activo ha realizado avances significativos que permiten la integración de tecnologías de control de flujo activo en aeronaves avanzadas", dijo Richard Wlezein, gerente del programa CRANE en DARPA, en un comunicado incluido en el comunicado de prensa de hoy. "Confiamos en completar el diseño y la prueba de vuelo de un avión de demostración con AFC como la principal consideración de diseño".

Pase lo que pase, DARPA y Aurora ven un futuro para este diseño más allá del programa CRANE.

"Con una sección de ala modular y efectores AFC modulares, el avión CRANE X tiene el potencial de vivir como un activo de prueba nacional mucho después de que el programa CRANE haya concluido", agregó la declaración de Wlezein.

"Al expandir las capacidades de prueba más allá de los componentes diseñados por Aurora, el programa avanza aún más en su objetivo de brindar la confianza necesaria para los futuros requisitos de aeronaves, tanto militares como comerciales, para incluir capacidades habilitadas para AFC", dijo el comunicado de prensa de Aurora en diciembre de 2022, refiriéndose a su diseño de banco de pruebas modular mencionado anteriormente.

"Aprovechando las inversiones específicas de Boeing en el control de flujo activo, nuestros avances en el programa CRANE tienen como objetivo validar aún más los beneficios potenciales de la tecnología para mejorar la eficiencia y el rendimiento de los aviones comerciales y militares", dijo Laurette Lahey, directora sénior de Boeing Research and Technology, Flight & Vehicle Technology, dijo en otro comunicado el año pasado.

En total, será muy interesante ver cómo avanza el programa CRANE ahora y si finalmente conduce a la construcción de un avión X potencialmente revolucionario.

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