El secreto de los pequeños drones silenciosos

No es un secreto, que los ejércitos necesitan que sus pequeños sistemas aéreos no tripulados funcionen silenciosamente, sobre todo en regiones densamente pobladas, pero esto puede ser costoso, principalmente por las pruebas que hay que realizar para conseguirlo, ya que consumen mucho tiempo y requieren mucha mano de obra, según los investigadores.

Miranda Costenoble, una estudiante de posgrado investigadora del U.S. Army Combat Capabilities Development Command, ha presentado un trabajo, demostrando cómo se pueden obtener información sobre los perfiles alares, empleando la dinámica de fluidos computacional (CFD en siglas inglesas), para permitir el desarrollo de vehículos aéreos más silenciosos.

También los drones de entrega de paquetes, por ejemplo, no suelen volar tan alto como los más grandes porque necesitan poder aterrizar prácticamente en el patio delantero de cualquier persona, dijo, por lo que necesitan ser más silenciosos.

«Imagine una flota entera de estos drones de entrega que sea ruidosa; la gente no los querrá en sus barrios», dijo Costenoble. «Así que, aunque un pequeño avión no tripulado produciría menos ruido que un rotor grande, sobre todo por ser más pequeño y más lento, tiene que cumplir requisitos más estrictos en cuanto a lo que se espera de él».

Los investigadores imaginan muchísimas aplicaciones en las que el Ejército podría necesitar desplegar una plataforma pequeña, estable e independiente del terreno.

«En efecto, se constantemente de la vigilancia como una aplicación de los UAVs; sin embargo, si el adversario es consciente de que está siendo vigilado, podría derribarlos o esconderse de ellos», dijo. Si el UAV suena como 1.000 abejas enojadas, entonces el adversario lo detectará mucho más pronto y más fácilmente, dijo. «Por lo tanto, esta es una misión sensible al sonido donde el rendimiento acústico va a ser importante para el diseño general», dijo.

Costenoble trabaja con otros investigadores en códigos de dinámica de fluidos computacional de alta fidelidad, que los pequeños diseñadores de UAVs pueden usar para tener en cuenta la acústica con la misma facilidad con la que se tendría el rendimiento del vehículo. De esta manera, la acústica puede ser algo básico para el diseño de los drones, en lugar de ser una idea de último momento, dijo.

No es tan simple como aplicar los modelos de ruido existentes para los rotores de gran tamaño a los más pequeños, dijo. Los aviones de gran tamaño, con grandes rotores que se mueven a altas velocidades, funcionan en condiciones aerodinámicas en las que su acústica está dominada por el sonido de las palas del rotor cuando pasan sobre el observador; sin embargo, los rotores más pequeños y lentos que se usan en los pequeños drones funcionan en un régimen aerodinámico diferente, en el que la acústica está dominada por el ruido creado por el paso de las palas y la perturbación del aire que las rodea. Dado que este ruido se produce en una gama de frecuencias medias y altas, se denomina ruido de banda ancha.

«Para tener en cuenta el ruido de banda ancha durante el proceso de diseño del pequeño UAVs, empleamos modelos semi-empíricos», dijo. «Esos modelos se desarrollaron hace más de 30 años para un perfil aerodinámico en particular, por lo que puede ser necesario actualizarlos para tener en cuenta la física de las diferentes formas de perfil aerodinámico».

El uso de estos modelos requiere cierto conocimiento del flujo del perfil límite de la pala del rotor, es decir, el flujo de aire cerca de la superficie de la pala del rotor, dijo, ya que la perturbación del aire dentro de la capa límite es la fuente del ruido de banda ancha.

«Los parámetros del flujo del perfil alar no están disponibles en la literatura anterior para la mayoría de los perfiles, y no pueden obtenerse necesariamente a partir de métodos aerodinámicos simplificados», dijo Costenoble. «El objetivo de este trabajo es desarrollar un método de obtención de los parámetros del flujo de la capa límite del perfil alar, a partir de un código de dinámica de fluidos computacional de alta fidelidad ya existente, sin exigir al usuario final del código más esfuerzo del que se requería anteriormente».

Sin esta metodología, los investigadores obtendrían este tipo de información a partir de pruebas en túneles de viento, «que son costosas y llevan mucho tiempo». También habría sido posible utilizar los códigos CFD existentes, pero habría requerido un procesamiento posterior intensivo de la salida del código», dijo Costenoble.

Este proyecto es parte de un programa de investigación en el laboratorio para abordar los desafíos de diseño y control de la plataforma de los UAVs. Los investigadores dijeron que están buscando capacidades de habilitación para avanzar en las misiones del Ejército en las operaciones multidominio.

«La interdependencia de varias áreas de investigación requiere un enfoque integral para desarrollar soluciones que mejoren simultáneamente una serie de atributos deseados en el rendimiento, la maniobrabilidad y el ruido del UAVs», dijo el Dr. Rajneesh Singh, jefe de Análisis Integrado de Vehículos en el laboratorio.

Reducir la emisión de ruido sin comprometer el alcance o la resistencia del dron ha sido «un duro problema para la comunidad científica y tecnológica», dijo Singh, pero este proyecto de colaboración acerca al Ejército a abordarlo.

Los investigadores discuten este trabajo en un artículo, Computación y Extracción de Parámetros de Capas Límite de Simulaciones Numéricas para su uso en Modelos de Acústica de Rotores, que representa un trabajo de colaboración con la Universidad de Maryland, College Park.

Fte. Army.mil