Helicópteros con hélices inteligentes

Parece que los helicópteros del futuro serán mucho menos ruidosos y eficientes, gracias a un trabajo que está realizando la NASA junto a DARPA. El secreto de las nuevas aeronaves serán unas hélices “inteligentes”, capaces de cambiar de forma mediante el uso de un material piezoeléctrico. De esta forma, el ordenador de abordo podrá reconfigurar la forma de cada aspa a medida que gira, mejorando el rendimiento aerodinámico del helicóptero, proporcionando un viaje más suave, más tranquilo y con menos consumo de combustible.

El año pasado, científicos de la NASA en colaboración con la empresa Boeing, la Agencia de Defensa de Proyectos de Investigación de Avanzada (DARPA), el MIT y el Ejército de Estados Unidos, realizaron los primeros ensayos de un modelo en tamaño real de lo que podría ser la hélice de helicóptero destinada a reemplazar a las actuales. El prototipo -ensayado en un túnel de viento que  simula condiciones realistas de vuelo- demostró su eficiencia al reducir significativamente las vibraciones y el consumo de combustible, gracias al preciso control de la forma de las palas y el movimiento del rotor. Para cambiar de forma, las aspas utilizan accionadores piezoeléctricos, unos dispositivos capaces de cambiar de forma cuando se los somete a un campo eléctrico. El resultado final es una mejora concreta en el rendimiento aerodinámico del helicóptero.

Los creadores de estas revolucionarias hélices creen que su sistema también podría reducir el ruido. El prototipo ya está listo para probarse en vuelo. “En este momento estamos tratando de comprender y valorar todo lo que hemos logrado en el túnel de viento a tamaño real”, explica el líder del proyecto de la División de Investigación de Vehículos de Vuelo y Tecnología del Centro de Investigación Ames de la NASA, William Warmbrodt. Los ingenieros aeronáuticos saben desde hace décadas que, cuando la pala de un helicóptero atraviesa el aire, deja una estela y, cuando la pala siguiente pasa a través de la estela, sufre una vibración periódica. “Disponer de accionadores piezoeléctricos en las pala nos permite inducirle un movimiento periódico a los alerones de la pala con la amplitud, fase y frecuencia necesarias para que cancelen las vibraciones”, afirma Steven Hall, profesor de aeronáutica y astronáutica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y consultor del proyecto de la NASA.

"Hace tiempo que se habla sobre el uso de los materiales inteligentes en las aeronaves, pero hasta ahora no habíamos encontrado un accionador adecuado y que fuera práctico”, explica Hall. Algunos ensayos realizados hace años, con sistemas hidráulicos, resultaron ser muy lentos y pesados como para ser útiles. “Es muy difícil aplicar los principios de la hidráulica a un objeto sometido a la rotación, porque se necesita mucha fuerza para desviar el alerón, aplicada con la frecuencia necesaria”, añade Hall.  El nuevo dispositivo -pequeño, rápido y liviano- se sitúa dentro de la estructura de acero de cada pala del rotor, cerca de la punta, donde las fuerzas aerodinámicas son mayores, y del alerón de la parte trasera, que se mueve hacia arriba y hacia abajo a medida que gira. El ordenador controla unos amplificadores de potencia que transmiten el campo eléctrico a los materiales piezoeléctricos de los accionadores, que responde cambiando su longitud. Esto hace que una varilla perpendicular al alerón de la pala se mueva y lo empuje.

Esta tecnología supone un cambio espectacular en el diseño de las palas de helicópteros. Los accionadores pueden ayudar a generar una mayor velocidad de vuelo o mejores tasas de ascenso. Además, mientras que en un avión sólo se emplean los alerones para el despegue y el aterrizaje, en las palas de la hélice de un helicóptero se utilizan a lo largo de todo el vuelo. Los expertos de la NASA han diseñado el sistema del accionador de forma tal que pueden incorporarlo a la estructura existente en los helicópteros convencionales, sin modificar profundamente el diseño de las palas del rotor.