Proba-Tunelak: aerodinamikoak eta zenbakizkoak

Orain dela hogeitabost urte prototipo baten lehen hegalaldia abentura suertatzen zen, baina gaur egun aire–konpainiek hegazkinak egin aurretik erosten dituzte. Ordenadoreen aurrerapenari esker, injineruek hegazkinek hegalaldian izango duten portaera gero eta hobeto kalkula eta aurrikus dezakete. Horretarako, abioiaren inguruan gertatzen diren aire-higidurazko fenomeno konplexuak, fluidoen mekanikako espezialistek landutako metodoen bidez aztertzen dira. Azterketa–mota hauek oraindik erabat fidagarriak ez badira ere, gero eta gehiago erabiltzen ari dira. Inoiz kalkuluek saiakuntza ordezkatuko al dute?

Ordenadorez, misilaren azalean egongo diren presioak simulatzen dira. Urdin ilunetik urdin argi, hori eta gorriraino presioa gero eta handiagoa da.

Bi bide aurrikusten dira: batetik, tamaina eta prestazio handiko tunelak, garestiak noski, egitea, eta bestetik zenbakizko tunelak izango liratekeen superordenadoreak erabiltzea.

Lehenengo bidearen adibide Koloniako proba–tunela da. Tunel honen helburua erregimen transonikoa aztertzea da, hau da, hegazkinaren abiadura soinuaren antzekoa denekoa (kontutan hartu garraio–hegazkinaren abiadura mila kilometro ordukoa izatea komeni dela). Abiadura hau teknikoki adierazita, Mach–en 0,9 zenbakiari dagokio (Mach–en zenbakia, hegazkinaren abiaduraren eta soinuaren abiaduraren arteko zatidura da).

Rafale izeneko abioi militarraren maketa tunelean hiru posiziotan probatzen.

Abiadura transonikoetan gertatzen diren fenomeno fisikoak konplexuak dira eta, beraz, ahalik eta ondoen adieraztea komeni da. Fluxu aerodinamikoa adierazteko, bi parametro kontutan hartu behar dira: Mach–en zenbakia eta Reynolds–en zenbakia. Parametro hauek ahalik eta ondoen simulatu behar dira tunelean. Mach-zenbakia ongi simulatzen da airea behar den abiaduran injektatuz.

Ostera, Reynolds–en zenbakia ez da hain erraz simulatzen (Reynolds–en zenbakia inertzi indarren eta biskositate–indarren arteko zatidura bezala defini daiteke). Reynolds–en zenbakia maketaren tamainaren araberakoa da. Maketa, hegazkin erreala baino txikiagoa denez, injineruek estrapolatu egin behar izaten dute eta estrapolazio horiek batzuetan ez dira zuzenak izaten. Zenbaki hau simulatzeko soluzioak bilatu behar dira. Horietako bat tenperatura txikiagotzea izaten da. Koloniako tunelean, airearen ordez nitrogenoa erabiliko da fluido gisa.

Abioiaren maketa proba-tunelean. Euskarri gainean finko dago, lurrartze-trena kanpoan duelarik.

Nitrogenoa –180°C–raino hoztu daitekeenez, Reynolds–en zenbakia simulatzeko egokia izan daiteke. Baina 1994. urtean, tunela martxan jarriko den urtean hain zuzen ere, agian zaharkitua gera daiteke, zeren eta hurrengo urteetan superordenadoreen eboluzioa izugarria izan bait daiteke.

Zenbait ikerlariren eritziz, kalkuluak tuneletan egin ezin daitezkeen simulazioak ordezka ditzake eta espaziuntzien diseinuan behar izango dituzten simulazioen epe eta kostuak murriz ditzake. Bestalde, hegazkin–eredu berriek probaldia izaten dute. Zenbat eta prestazio hobeak eskatu, gero eta probaldi luzeagoa behar izaten da. Hortaz, estrapolazio baten arabera, 2000. urtean lehen hegalaldia egin beharko lukeen ibilgailu aeroespazial baten probaldia tuneletan berrogeitamar urtekoa izango litzateke.

Lineako abioien eskea bere ezaugarrien araberakoa izan ohi da. Garrantzitsua da, beraz, fabrikatu aurretik simulazioak egitea. Irudian Airbus europarra muntai fasean.

Zifra hau ikusita, beste bide batzuk aztertu ahal izatea ez da batere harrigarria. Kalkuluzko simulazioen aldekoek, ordenadoreek izandako potentzi hazkundea dela eta, bide honen aldeko argudioak adierazi dituzte. Ordenadore handien kalkulu–abiaduraren eta memoria nagusiaren ahalmenaren hazkundea esponentziala izan da eta aurrerantzean joera bera mantenduko dela aurrikus daiteke. Gainera, potentzi hazkundearekin batera prezioak jaitsi egin dira. Ordenadoreen prezio–igoera, beren potentziarena baino apalagoa izan da. Beraz kalkuluaren kostua txikiagotuz doa denbora igaro ahala.

Albatrosa lurreratu gabe 15.000 kilometro egiteko hornitu du naturak.

Kalkulu bidezko simulazioa bi zati garrantzitsuz osaturik dago, hots, hardwareaz eta softwareaz. Orain arte hardwareari buruz aritu garenez, ondoren softwareari buruz arituko gara. Teorian, edozein gorputzen inguruko airearen higidura, fluidoen mekanikaren ekuazioak ebatziz ezagutu daiteke. Baina, sistema honen bidez eta ekuazioen zailtasuna kontutan hartuz, emaitza batera iritsi daitekeen ordenadorerik ez dago. Beraz, ekuazio korapilotsu horiek datu–basez ordezkatzen dira. Datu–baseak aurretik bildutako esperientzian oinarritzen dira; baina bide hau orain dela gutxi arte ezin erabili izan da; alde batetik nahikoa esperientzia ez zegoelako eta bestetik ordenadoreak gaur egun bezain lasterrak ez zirelako.

AGV edo Abiadura Hegazkin hau ere, 15.000 km Mach 5-eko abiaduraz egiteko gauza izango da aurki. Hori baino lehen proba ugari pasatuko ditu tuneletan.

Hala ere, edozein simulaziotan turbulentzia tratatzea izugarri zaila izaten da. Tunel aerodinamikoetan nahiz kalkuluzkoetan lortzen diren baldintzek, turbulentzi egoera nekez azaltzen dute. Hortaz, zenbait lekutan bide mistoak jorratzearen alde azaldu dira, hau da, tunel aerodinamikoetan zenbakizko metodoak aplikatzearen alde. NASA adibidez, horren alde dago.

Zuzendaritzako kide batek hauxe zioen: Iparramerikarren oraingo eta geroko proiektu aeroespazialek tuneletan izango dituzten proba-beharrak hazten ari dira. Proiektu berriek, kalkulu aurreratuenekin batera ahalik eta saiakuntza zehatzenak behar dituzte. Beraz, gure saiakuntz ahalmena mantendu ezezik indartu egin behar dugu.

Zer esanik ez, bide mistoetan abiatzeak kostu ekonomiko handiak ditu. Zenbait naziok, oraingoz, ezingo die kostu hauei erantzun eta Frantzian, adibidez, tunel aerodinamikoen aldeko apostua egin dute. Tunel hauetan erabiliko diren teknologiak berriak izango dira. Garai batean abiadura neurtzeko erabiltzen ziren gailu mekanikoek fluxua aldatzen zuten. Ostera, laserrean oinarritutako metodo optiko batek abiaduraren osagaiak bi edo hiru norabideetan eman ditzake, aire-fluxuari eragin gabe.

B-2 hegazkin detektaezina. Diseinuz eta materialez aurreratuena da arlo militarrean.

Laserrean oinarritutako beste metodo batez, hegalen atzean gertatzen diren zurrunbiloak edo propultsio-sistemen atzeko fluxua ikus daitezke. Tuneletako hormen itxurak ere garrantzi handia du. Mach–en zenbakia 1en ingurukoa denean, maketak emititutako talka-uhinak hormetan isladatu eta itzuli egiten dira. Beraz, hori gerta ez dadin hormak itxura berezia izan beharko du.

Maketa euskarri batez sostengatzen denez, euskarri horrek fluidoaren higidurari eragin diezaioke. Eragin hori ezabatzeko euskarria kendu egin behar da eta beste sostengu batzuk aurkitu. Euskarri-mota horiek eremu magnetikoen bidez lortzen dira.

Baina, tunel berritu hauek superordenadoreek kontrolatzen badituzte, tunel aerodinamikoak zenbakizko tunel bihurtuko dira. Beraz, saiakuntza praktikoak eta ordenadoreak elkarturik eskaintzen dira aukera onenak.