El diseño aerodinámico de investigación preliminar para reducir la resistencia aerodinámica , o Prandtl-D, fue una serie de planeadores experimentales no tripulados desarrollados por la NASA bajo la dirección del aerodinamista Albion Bowers. [1] El acrónimo es una referencia al ingeniero aeroespacial alemán Ludwig Prandtl , cuya teoría de la distribución de sustentación en forma de campana influyó profundamente en Bowers. [2]
Los modelos Prandtl-D1 y Prandtl-D3 se conservan en el Museo Nacional del Aire y del Espacio y en el Centro de Ciencias de California , respectivamente. [3]
El diseño del Prandtl-D pretendía minimizar la resistencia y, por lo tanto, maximizar la eficiencia aerodinámica, al mismo tiempo que se mantenía estable y controlable. Se inspiró en el vuelo de los pájaros, que giran y se inclinan sin las colas verticales que se requieren para tales maniobras en los aviones tradicionales. [4] Se pretendía proporcionar futuros diseños experimentales de aeronaves de baja resistencia, que anteriormente habían tenido problemas de controlabilidad. El programa se basó en estudios teóricos de alas realizados por Ludwig Prandtl a principios de la década de 1930. Los diseños del Prandtl-D también se basaron en los conceptos de planeadores de los hermanos alemanes Horten, Reimar y Walter, e incorporaron las conclusiones de los pioneros de la aerodinámica de la NASA RT Jones y Richard T. Whitcomb . [4]
Albion Bowers, científico jefe de Armstrong de la NASA y director del proyecto Prandtl-D, reunió estas teorías y dirigió el proyecto, con la ayuda de estudiantes en prácticas. [4] Él cree que con los conceptos probados en el Prandtl-D "puede estar llegando el momento de un nuevo paradigma en la aviación". [5]
Se seleccionó una configuración de ala volante sin cola , ya que ofrece el mayor potencial para reducir la resistencia y obtener una alta eficiencia aerodinámica. La inclinación del ala hacia atrás también ofrece la oportunidad de garantizar la estabilidad y la capacidad de control, sin afectar indebidamente la eficiencia.
Los dos primeros aviones Prandtl-D a escala reducida tenían una envergadura de 12,5 pies y estaban construidos con un núcleo de espuma mecanizada envuelto en una piel de fibra de carbono. [4] El Prandtl-D No.3 tiene una envergadura de 25 pies, un peso de 28 libras, una velocidad aerodinámica máxima de 18 nudos y una altitud máxima de 220 pies. [6] El avión también tiene el sistema de control de vuelo Arduino utilizado en el segundo modelo a escala reducida del Prandtl-D y está construido con fibra de carbono, fibra de vidrio y espuma. Una diferencia clave en el modelo a escala real del Prandtl-D es la incorporación de un sistema de recopilación de datos (DAC) desarrollado por la Universidad de Minnesota . [4]
En marzo de 2016, Bowers publicó un artículo técnico titulado “On Wings of the Minimum Induced Drag: Spanload Implications for Aircraft and Birds” (Acerca de las alas con la mínima resistencia inducida: implicaciones de la carga de envergadura para aeronaves y aves), NASA/TP – 2016-219072. Al detallar las propiedades aerodinámicas y las matemáticas asociadas con el proyecto, Bowers analiza en profundidad la ciencia detrás de la alteración de la distribución de la carga de envergadura en las alas de las aeronaves y los datos recopilados a partir de experimentos que demostraron la validación de sus principios críticos. [4] [6]
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El primer modelo de tamaño real de estos que voló fue designado "Prandtl-D No. 3", y voló en una serie de pruebas el 28 de octubre de 2015 en el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong en Edwards, California . El avión se centra en la prueba de guiñada sin estabilizador vertical. El gerente del proyecto, Albion Bowers, dijo que el avión se basa en el vuelo de un pájaro. [5]
El Prandtl-D No. 3 voló por primera vez el 28 de octubre de 2015, con el doble de envergadura que las versiones anteriores, [4] sin embargo, a través del desarrollo, el equipo logró reducir la resistencia del planeador final en un 11%.
Inicialmente, cada avión se operaba por radio con un controlador de nivel aficionado y se lanzaba con un sistema de cuerda elástica . En las pruebas de vuelo posteriores, se cambió el método de lanzamiento con cuerda elástica por un sistema de lanzamiento remolcado . [4]
Los dos primeros vehículos del programa mostraron una torsión del perfil aerodinámico para proporcionar una distribución de sustentación en forma de campana en lugar de una distribución elíptica. Esta característica aumentó la eficiencia y redujo la tensión en las alas.
El Prandtl-D dio origen al programa de Investigación preliminar de diseño aerodinámico para aterrizar en Marte (Prandtl-M), diseñado para la exploración de Marte. Se ha probado en la atmósfera superior de la Tierra y está diseñado para tomar fotografías topográficas de la superficie marciana.
También ha proporcionado una plataforma valiosa para el planeador de radiosonda de radiación de tecnología de alerta y concientización sobre riesgos meteorológicos (WHAATRR) que se utilizará para pruebas meteorológicas atmosféricas en la Tierra. [7] [6]
En 2019, dos de las aeronaves, D1 y D3, fueron transferidas al Museo Nacional del Aire y el Espacio del Smithsonian en Washington, DC, y al Centro de Ciencias de California , Los Ángeles , respectivamente, para su exhibición luego de una revisión exitosa del programa. [8] El Smithsonian solicitó específicamente la aeronave debido a su innovador diseño de guiñada inversa. [9]
Se construyeron cuatro ejemplares y dos diseños derivados; todos eran planeadores sin motor.
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