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Ingeniería aeronáutica  

Más rápido que una bala

Investigadores brasileños desarrollan un vehículo aéreo que viajará a velocidad hipersónica

Modelo de laboratorio avanzado

Léo Ramos Chaves

Si todo ocurre según lo planeado, la Fuerza Aérea Brasileña (FAB) llevará a cabo en dos años la prueba de vuelo del primer motor de avión hipersónico fabricado en el país. Este ensayo forma parte de un proyecto más amplio que tiene como objetivo dominar el ciclo de desarrollo de vehículos hipersónicos, que vuelan a una velocidad que es al menos cinco veces la del sonido, o Mach 5. Mach es una unidad de medida de velocidad correspondiente a aproximadamente 1.200. kilómetros por hora (km/h). El programa está coordinado por el Instituto de Estudios Avanzados (IEAv), uno de los centros de investigación del Departamento de Ciencia y Tecnología Aeroespacial (DCTA) de la FAB, en colaboración con Orbital Engenharia, ambos de São José dos Campos (São Paulo).

Además del motor hipersónico, el proyecto de propulsión hipersónica 14-X (PropHiper), iniciado en 2006, prevé la construcción de un vehículo aéreo no tripulado (vant), donde se instalará ese motor. El vant, denominado 14-X, un homenaje al 14-Bis, empleará el concepto de waverider, en el que una onda de choque generada debajo del mismo, debido a su alta velocidad, le brinda sostén. Es como si durante el vuelo el vehículo “surfease” en la ola que él mismo induce.

Vant 14-x
Longitud
4 m
Envergadura
1,2 m
Peso
unos 750 kg
Velocidad
12,000 km/h
Altura de vuelo
De 30.000 m a 40.000 m

“Todavía no hay aviones hiersónicos en operación en el mundo. Esta tecnología simboliza el estado del arte incluso para países como Estados Unidos, Rusia y China”, informa el coronel Lester de Abreu Faria, ingeniero electrónico y director de IEAv. “Todos buscan este conocimiento y, a pesar del largo tiempo de desarrollo, no estamos muy lejos de los líderes mundiales”.

Según Israel Rêgo, gerente del proyecto PropHiper, el motor hipersónico en desarrollo en Brasil, de tipo del scramjet (supersonic combustión ramjet) también podrá usarse como segunda o tercera etapa de propulsión de cohetes: estas naves espaciales están dotadas de varias etapas (o motores), accionadas sucesivamente durante todo el vuelo. En la primera prueba, programada para 2020, el motor scramjet se instalará en un cohete de sondeo, del Instituto de Aeronáutica y el Espacio (IAE) un una unidad del DCTA dedicada al desarrollo de tecnologías para la industria aeroespacial. El proyecto fue apoyado por FAPESP.


Pero el vehículo hipersónico aire integrado en el scramjet podrá ser utilizado como avión de pasajeros o para fines militares. En 2018, Rusia y China probaron con éxito los misiles hipersónicos Avangard y Xingkong-2, respectivamente. En Estados Unidos, Lockheed Martin está construyendo un vehículo hipersónico para volar a Mach 6.

Desde el comienzo del proyecto, ya se han invertido 53 millones de reales en el 14-X, programado para volar a Mach 10 (12.000 km/h) (vea la infografía en la página de al lado). “La mitad del tiempo del programa se dedicó a la capacitación del personal y a la implementación de la infraestructura de laboratorio, particularmente el túnel de choque hipersónico T3 donde se realizan las pruebas aerodinámicas”, dice Rêgo. “El gran salto ahora es salir del laboratorio y operar las tecnologías de waverider y del motor en vuelo”.

Algunos desafíos, sin embargo, aún deben superarse. El primero es la finalización del scramjet. Al igual que los motores de reacción comerciales, el scramjet utiliza aire atmosférico para quemar combustible. Sin embargo, a diferencia de los motores de aviones, el 14-X no tiene partes móviles, tales como compresores y turbinas. “En la combustión supersónica, el aire capturado debe desacelerarse, presurizarse y calentarse antes de ingresar a la cámara de combustión, donde se inyecta el combustible. Y esto depende de la geometría perfecta del motor”, dice Rêgo.

Léo Ramos Chaves Prueba del motor scramjet en túnel de vientoLéo Ramos Chaves

Otra dificultad del proyecto reside en hacer que el vehículo resista la fricción generada por el vuelo a velocidad hipersónica. “Las partes que sufren un mayor calentamiento por rozamiento con el aire deben estar elaboradas con materiales resistentes a las altas temperaturas, mientras que las más frías deben estar hechas de acero o aluminio aeronáutico”, explica el coronel Marco Antonio Sala Minucci, ingeniero aeronáutico y consultor hipersónico de Proyecto 14-X.

Finalmente, se debe lograr la integración perfecta entre el motor y el vehículo hipersónico, ya que el arrastre (la fuerza contraria al desplazamiento) en el vuelo hipersónico es muy alta. “La parte delantera del vehículo debe actuar como una entrada de aire [en el motor], produciendo su compresión, mientras que la parte trasera debe funcionar como una tobera, convirtiendo la alta temperatura y la presión de la cámara de combustión supersónica en empuje. Por lo tanto, el motor y el vehículo se vuelven indistinguibles, alcanzando velocidades de vuelo extremadamente altas”, dice Israel Rêgo.

Proyecto
Investigación experimental preliminar sobre la combustión supersónica (nº 04/ 00525-7); Modalidad Beca de investigación – Regular; Investigador responsable Paulo Gilberto de Paula Toro (IEAv); Inversión R$ 2.206.289,32.

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