09.06.25
La contaminación acústica de los aeroreactores es uno de los principales retos medioambientales de la industria aeroespacial moderna. El estado de la tecnología actual exige el desarrollo de estrategias novedosas de mitigación y control del ruido y son las investigaciones en torno a ese control aeroacústico de motores supersónicos de doble chorro, empleados a menudo en lanzadores y aeronaves de alta velocidad, las que han llevado a investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (ETSIAE) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) hasta un concurso internacional de visualización de flujos.
La primera edición de la competición de visualización de flujos de ERCOFTAC, 1st ERCOFTAC Milton Van Dyke Flow Visualization Competition, se ha configurado como una competición abierta a investigadores que trabajan en instituciones europeas afiliadas a la comunidad ERCOFTAC (European Research Community on Flow, Turbulence and Combustion) y debe su nombre al profesor Milton Van Dyke, autor de un libro muy conocido en este campo que recopila visualizaciones (fotografías) de distintos experimentos para todo tipo de flujos.
De las más de 50 propuestas presentadas al concurso, un jurado de expertos internacionales de ERCOFTAC seleccionó cinco finalistas, entre las que se encontraba la visualización “The Regimes of Twin-jet Flow”, firmada por dos investigadores de ETSIAE: Iván Padilla, investigador postdoctoral a través de una beca Marie Curie, y Daniel Rodríguez, profesor titular; junto a otros colegas franceses del Institut Pprime de Poitiers (Vincent Jaunet, Stève Girard, Damien Eysseric y Peter Jordan) que han trabajado conjuntamente en esta campaña experimental dedicada a estudiar los mecanismos de generación de ruido en chorros supersónicos gemelos.
Las cinco propuestas finalistas fueron presentadas el 22 de mayo en el KTH Royal Institute of Technology (Estocolmo). En el caso de “The Regimes of Twin-jet Flow”, fue Iván Padilla el encargado de realizar la presentación. Su propuesta resultó ganadora de la competición tras la suma del voto del jurado y el voto popular.
“El vídeo es una visualización Schlieren (estrioscopía) de dos chorros gemelos generados por toberas convergentes-divergentes de sección circular. Se obtuvo durante una serie de campañas experimentales realizadas en el banco de ensayos de flujo compresible del laboratorio PROMETEE durante mis estancias de investigación en el Institut Pprime de Poitiers entre 2022 y 2024. Corresponde a la evolución del flujo a medida que la presión en la entrada de las toberas aumenta progresivamente hasta 7.8 bares, condición en la cual los chorros son supersónicos. La secuencia está ralentizada en un factor 20, pues el tiempo real transcurrido durante la grabación es de tan solo 0.97 segundos”, explica Iván Padilla.
El criterio principal para determinar la propuesta ganadora fue la estética de la visualización (que representa la mitad de la calificación), pero también se han valorado la presentación y explicación del vídeo, la calidad del abstract y la relevancia científica o ingenieril del tema tratado.
El valor estético de esta visualización reside en representar muy bien la belleza de la dinámica de los sistemas de ondas de compresión y expansión en flujos de alta velocidad y de su interacción con la turbulencia. Esto es útil para inspirar y atraer al público general a la investigación en mecánica de fluidos e ingeniería aeroespacial.
Su valor científico se encuentra en mostrar los diferentes regímenes de flujo en los que el sistema de chorros gemelos paralelos puede actuar, así como las características del ruido que emiten los chorros según el régimen. Las imágenes, al estar capturadas con una cámara de alta velocidad, permiten estudiar la evolución de las estructuras turbulentas en el espacio y en el tiempo, lo que ayuda a los investigadores a entender cómo generan el ruido en cada régimen.
La visualización, a su vez, muestra los fenómenos físicos fundamentales del flujo compresible: la estructura de ondas de choque y ondas de expansión y su interacción. Esto le da un alto valor pedagógico, puesto que estos son conceptos que se estudian en las asignaturas de mecánica de fluidos y aerodinámica en las titulaciones de grados del ámbito aeroespacial.
A nivel de relevancia para la industria aeroespacial, estas investigaciones pueden derivar en importantes avances para mejorar el impacto medioambiental de la aviación. Como indica el investigador de ETSIAE “el motivo de generar esta visualización es el estudio de los mecanismos de generación de ruido en chorros turbulentos, en particular, para entender cómo las estructuras coherentes turbulentas se desarrollan en los chorros. Comprender estos mecanismos nos permite diseñar tecnologías de control del ruido para hacer los motores de avión más silenciosos”.
Esta investigación se ha financiado gracias al apoyo de tres proyectos: el proyecto postdoctoral Marie Curie «STALSUns» (Short-Time Analysis of Large-Scale Structures in Unsteady Flows) del programa Horizonte Europa de la Unión Europea; el proyecto «TwINJets» dentro del Programa de Estímulo a la Investigación de Jóvenes Doctores, y el Programa de Excelencia del Profesorado Universitario, estos dos últimos como parte del V Plan Regional de Investigación Científica e Innovación Tecnológica entre la UPM y la Comunidad de Madrid.