Entrevista de la industria: Joost Hakkaart y Andreas Bergmann, alemán

German-Dutch Wind Tunnels (Deutsch-Niederländische Windkanäle/Duits-Nederlandse Windtunnels – DNW) es una de las principales organizaciones europeas de ensayos en túneles de viento. Establecida en 1976, DNW ha desempeñado un papel importante en el desarrollo del sector de la aviación. La empresa conjunta internacional es tan respetada que tal vez sea más exacto describirla como una institución europea en lugar de una mera organización.

El sitio principal de DNW en Marknesse en los Países Bajos alberga dos túneles de viento subsónicos de un total de siete instalaciones en cuatro ubicaciones en los Países Bajos y Alemania, que van desde subsónicos hasta supersónicos. También es el hogar de un grupo de expertos capaces de proporcionar algunas de las capacidades de simulación aerodinámica experimental más avanzadas de la industria.

La pieza central de Marknesse es el túnel de viento más grande de Europa, la gran instalación de baja velocidad (LLF) de 9,5 m de ancho (31 pies). Encargado en 1981, las cualidades acústicas del LLF y la fidelidad de las pruebas aeroacústicas que puede proporcionar lo han convertido en una herramienta indispensable para los ingenieros en muchos programas de alto perfil durante décadas. Los túneles de viento de DNW se han utilizado en el desarrollo de todos los aviones de Airbus. , desde el A300 hasta el A380 y A400M, así como numerosos helicópteros. Se han utilizado para programas fuera de Europa, como la familia Embraer E-jet. Además, la instalación y sus expertos han sido fundamentales en el desarrollo de varios aviones militares, incluida la variante Eurofighter y F-35 STOVL (despegue corto y aterrizaje vertical).

Hoy, este ejemplar de la cooperación aeronáutica europea se mantiene a la vanguardia de las pruebas y validaciones aeroespaciales. Al invertir millones de euros en sus instalaciones mientras permanece en estrecha colaboración con la industria, las capacidades de DNW, así como su lista de clientes en tipos de aeronaves civiles y militares, están creciendo de manera constante.

Se necesitan pruebas en túnel de viento de sistemas de propulsión novedosos que utilizan hélices para futuras configuraciones de aviones novedosos

Cuando se reúna por primera vez con la administración de DNW, debe verificar que no esté viendo doble. Joost Hakkaart y Andreas Bergmann son directores generales de DNW. Hakkaart actúa en representación de la parte holandesa y Bergmann en representación de la parte alemana. Aunque inusual, el arreglo no es único en la historia de DNW y parece bastante armonioso. Los directores tienen antecedentes similares, ambos provenientes de sus respectivas agencias holandesas y alemanas de investigación aeroespacial.

Bergmann y Hakkaart tienen la responsabilidad general de la operación, el mantenimiento y el desarrollo exitosos de las otras seis instalaciones de LLF y DNW. DNW está estructurado para ser lo más esbelto posible, al tiempo que permite que los Países Bajos y Alemania retengan las capacidades que sirven al mercado aeroespacial. Los tres departamentos de DNW: aerodinámica, medición y operaciones están presentes en ambos países, sirviendo a dos sitios en Alemania y dos sitios en los Países Bajos.

Los directores de DNW son alegres y optimistas. Después de un período en la última década en el que se redujo la cantidad de trabajo y la cantidad de personal, cada uno de los túneles de viento de DNW ahora ha vuelto al 80 – 100 % de utilización. Desde un mínimo de 76 empleados en 2020, esperan que la cantidad de empleados aumente a 120 el próximo año, un regreso a los niveles vistos por última vez en la década de 2000.

"Necesitamos más personal para poder hacer turnos dobles en los túneles. Estamos mucho más ocupados que antes de la COVID", dice Hakkaart. "Hay un gran impulso en la aviación sostenible y los sistemas de propulsión novedosos. Se están desarrollando configuraciones de alas completamente nuevas, que varían desde alas combinadas hasta alas largas y delgadas, así como investigaciones que se están realizando en flujo laminar en partes de aeronaves a escala completa y sub.

"El rendimiento y el comportamiento de este tipo de configuraciones novedosas no son fáciles de predecir con CFD, lo que significa que ha aumentado la cantidad de validación experimental que se necesita".

Los túneles de viento de DNW están probando más sistemas de propulsión (hélices y rotores, así como conceptos de motor para nuevos combustibles, como hidrógeno y sistemas eléctricos de batería), en cuanto a rendimiento y ruido. La introducción de los sistemas de propulsión eléctrica distribuida (DEP), en los que se instalan múltiples hélices en diferentes lugares del ala y el cuerpo de una aeronave, complica la aerodinámica de maneras nuevas y difíciles de predecir.

"Los OEM dedican aproximadamente la misma cantidad de tiempo al uso de los túneles de viento por programa, pero debido al aumento de la instrumentación y las técnicas de medición paralelas, la cantidad de datos recopilados ha aumentado significativamente.

"Con la electrificación y la próxima Movilidad Aérea Urbana, también estamos viendo crecer la cantidad de clientes diferentes y nuevos", dice Hakkaart.

El gran túnel de viento transónico de DNW se ha actualizado para mejorar la calidad del flujo y la productividad de las pruebas

En las instalaciones de baja velocidad se ha invertido en infraestructura de alto voltaje, así como en motores eléctricos de alta potencia para respaldar las pruebas de motores eléctricos para nuevos aviones. Por ejemplo, el trabajo en curso es la instalación de un banco de pruebas para propulsión eléctrica con una potencia de 320 kW dentro del espacio limitado de 110 mm de diámetro y 280 mm de longitud, que se utilizará en lugar de los simuladores de propulsión de turbofan. Además, una parte creciente del trabajo de DNW es la prueba de nuevos diseños y modificaciones de aeronaves operativas para el sector de defensa. Para servir mejor a este mercado, el túnel de viento de alta velocidad (HST) de DNW se ha sometido a su mayor programa de actualización en 25 años.

"Nos hemos movido hacia los mercados militares y el desarrollo de cazas porque es un mercado más grande para los túneles de viento transónicos", dice Hakkaart. "Con las actitudes en las que vuelan, los tipos de configuraciones y todas las cosas que cuelgan debajo de las alas, los aviones militares a menudo necesitan trabajo experimental". cerca de Mach 1 en el HST. Las actualizaciones de control para aumentar la velocidad de control del modelo y la velocidad de control de Mach han duplicado la productividad del túnel. "Mientras hablamos, estamos aumentando la capacidad del compresor con la instalación de una etapa adicional de paletas de compresor, para mejorar el rendimiento en condiciones supersónicas", agrega Hakkaart.

"La mayoría de los túneles de viento transónicos son de las décadas de 1950 y 1960 y para mejorarlos se necesita una comprensión profunda de cómo funcionan", dice Bergmann. "Como la mayoría de las otras instalaciones, hemos perdido mucho conocimiento sobre nuestros túneles de viento transónicos durante décadas a medida que las generaciones de ingenieros han cambiado.

"Para mejorar el HST, los expertos en CFD de DLR y NLR respaldaron las mejoras con conocimientos sobre la física del flujo en el régimen macro transónico en muy poco tiempo. Nos permitió realizar las mejoras con una gran confianza en que funcionarían. Gran parte de ese trabajo se realizó durante la pandemia de Covid-19".

Otro impacto de la pandemia fue el desarrollo de pruebas remotas. DNW continúa ofreciendo este servicio para ayudar a mejorar la productividad del cliente. Bergmann dice: "La entrega de datos de forma remota significa que el cliente no tiene que viajar. También nos ayuda a ser más ágiles, nuestro horario no tiene que ser tan fijo".

Un desafío perenne con el sector aeroespacial es su naturaleza cíclica, un resultado desafortunado de los programas de prueba y desarrollo de aeronaves necesariamente grandes y prolongados. Aunque el sector está disfrutando de un estallido de actividad de desarrollo actualmente, los directores de DNW saben que esto no durará para siempre. Aunque atiende tanto a los mercados militares como a los comerciales, la organización también se ha diversificado para atender al sector automotriz.

Construida en 2022 y puesta en servicio en 2023, la Sección de prueba automotriz (ATS) en LLF es una sección de prueba abierta de tres cuartos con un sistema de cinta móvil desarrollado para probar automóviles más grandes y camiones pequeños de hasta 3,5 toneladas. También comprende un banco de pruebas de pista plana para proporcionar los coeficientes necesarios para determinar no solo la resistencia aerodinámica sino también la resistencia interna del tren motriz de acuerdo con el WLTP (Procedimiento de prueba de vehículos ligeros armonizados a nivel mundial).

El ATS se puede utilizar para la certificación WLTP en el mercado de la automoción, así como para conceptos de aviación innovadores.

"La Sección de Pruebas Automotrices está resultando útil para el desarrollo de aeronaves eVTOL. No necesitamos los sistemas de correas móviles para recrear el movimiento en tierra", dice Bergmann.

"Entonces, estamos apoyando el desarrollo principalmente en las condiciones de despegue y travesía hasta el vuelo hacia adelante". Originalmente, teníamos un piso separado que debía construirse, pero con el ATS podemos moverlo dentro y fuera del circuito en cojines de aire y cambiarlo en un día."

El nuevo modelo de sistema de control del gran túnel de victoria transónico permite un barrido de ángulo de ataque de hasta 1°/s

Los esfuerzos para aumentar la eficiencia se suman a una mayor productividad en los túneles de viento y una mayor disponibilidad para los clientes externos. La disponibilidad de las instalaciones en DNW puede diferir mucho. Los túneles de viento, especialmente el LLF, generalmente deben reservarse con alrededor de 12 meses de anticipación si se requieren semanas de prueba. Sin embargo, las campañas de prueba cortas de dos o tres días normalmente se pueden acomodar con un aviso de algunas semanas. El futuro de DNW se basa en un núcleo de trabajo militar y civil avanzado en áreas novedosas. "Nuestra estrategia para los próximos cinco años se centra en la electrificación, la sostenibilidad y los eVTOL, y no solo en el fuselaje, sino también en la propulsión", dice Hakkaart.

"Lo que es único aquí es que tenemos un conjunto de túneles de viento más pequeños que complementan el LFF y el CFD. Ofrecemos un paquete completo".

"Tenemos que hacer frente al desafío de ser una entidad en crecimiento y, al mismo tiempo, cumplir con los requisitos de pruebas altamente complejas y aumentar la eficiencia", dice Bergmann.

DNW logra ser un incondicional de las pruebas aeroespaciales y tiene una historia ilustre. Pero su papel no termina. Gracias a la inversión continua en instalaciones y experiencia, puede responder a las necesidades cambiantes de la aviación, garantiza su relevancia futura y se mantiene a la vanguardia de las pruebas y validaciones aeroespaciales.

DNW opera varios túneles de viento complementarios y los proyectos a menudo comienzan en el LST o NWB más pequeño para realizar pruebas previas aisladas, antes de que el modelo completo integrado se pruebe en el gran LLF.

Un ejemplo reciente es también el proyecto Clean Sky 2 IRON (Innovative turbopROp configuration), que tiene como objetivo una reducción del ruido de la cabina de 6 dB sin comprometer el nivel de rendimiento de la línea de base.

Después de las pruebas previas en el túnel de viento de baja velocidad LST, la validación aerodinámica y aeroacústica de las hélices de bajo ruido desarrolladas dentro del proyecto IRON se realizó con éxito en DNW-HST y LLF a velocidad de crucero y baja, respectivamente. Por primera vez, a esta escala, la hélice fue accionada eléctricamente tanto en HST como en LLF. Los resultados de las pruebas preliminares confirman el potencial de la hélice optimizada para operar a altas velocidades de crucero y al mismo tiempo reducir significativamente el ruido de la cabina, según lo predicho por los modelos numéricos.

Joost Hakkaart ha sido director de DNW (Túneles de viento germano-holandeses) en nombre de NLR - Centro aeroespacial real de los Países Bajos desde 2021.

Hakkaart comenzó su carrera en 1990 como pasante en DNW y hasta 2004 trabajó como gerente de proyectos y como jefe del grupo de proyectos de túneles de viento en Ámsterdam. Hasta 2012, fue director principal de I+D de tecnología de vuelo vertical en NLR. En los nueve años antes de convertirse en Director de DNW, dirigió el departamento de Vuelo Vertical y Aeroacústica de NLR.

Hakkaart representa a DNW y NLR en el Grupo de Infraestructuras de Investigación y Tecnología de EREA (TRIG) para iniciar, coordinar, implementar y monitorear iniciativas conjuntas relacionadas con Infraestructuras de Investigación dentro de EREA. En nombre de DNW, Hakkaart es miembro de la Comisión Asesora de la División Aeroespacial de NLR.

Andreas Bergmann ha sido director de DNW (Túneles de viento germano-holandeses) en nombre de DLR (Centro aeroespacial alemán) desde abril de 2018.

Después de trabajar en la Universidad Técnica de Braunschweig en el tema de la aerodinámica en alas delgadas y configuraciones canard, trabajó como asistente científico y gerente de proyectos para Pruebas de Túnel de Viento en el Instituto de Aerodinámica y Física de Flujo de DLR. En 1998, se cambió a DNW como jefe de la Instalación de Baja Velocidad DNW-NWB. De 2012 a 2015 actuó en representación de DNW como consultor para el diseño e ingeniería de grandes instalaciones para la industria del automóvil. En 2015, asumió el cargo de Gerente de Unidad de Negocios para todos los Túneles de Viento DNW ubicados en Alemania.

Además de su experiencia gerencial, Bergmann está bien familiarizado con el desarrollo y conceptualización de sistemas y ha realizado varias instalaciones líderes en túneles de viento y ha desarrollado sistemas para entornos de túneles de viento.