El aterrizaje de helicópteros en las cubiertas de los buques es una operación sumamente delicada, esto es debido a las múltiples causas que pueden provocar que el helicóptero se inestabilice durante el apontaje.
Este tipo de operaciones se empezaron a llevar a cabo en los años 40 pero, debido a los múltiples accidentes ocurridos, en los años 60 comenzaron a establecerse los primeros estándares para regular estos aterrizajes. El aumento de la demanda de aterrizajes en plataformas offshore, tanto estáticas como en movimiento, provocó que la normativa se fuese actualizando continuamente hasta hoy en día, incorporando las tecnologías más avanzadas para mejorar la seguridad y controlar las operaciones en los helipuertos.
Una de las diversas medidas que se toman para evitar accidentes en los aterrizajes es que, tanto el piloto como el operario de vuelo, deben conocer una serie de restricciones meteorológicas en las que no se debe operar o en las que se debe operar con precaución. Estos límites de operabilidad son propios de cada buque y de cada tipo de helicóptero y dependen fundamentalmente de la influencia del viento y de la temperatura.
El rumbo del viento y su intensidad influyen directamente en la estabilidad del helicóptero, ya que fuertes rachas pueden producir tanta turbulencia en la zona de aterrizaje, que sea imposible realizar la operación.
Además, la presencia de gases calientes que provienen de las exhaustaciones del buque también es un aspecto determinante. Si el salto térmico entre la temperatura de los gases y la temperatura ambiente es elevado, el helicóptero experimentará un cambio en la sustentación que puede llegar a provocar inestabilidades muy grandes poniendo en riesgo la operación.
Por estos motivos, para validar el diseño de helipuertos en buques es habitual que se requiera el cumplimiento de normas como el CAP437 o el NORSOK C-004. Estas normas exigen el estudio aerodinámico y térmico de una serie de escenarios para cuantificar los valores de turbulencia y temperatura que se alcanzan en los alrededores del helipuerto. Las condiciones ambientales estudiadas dependerán de múltiples parámetros como la operabilidad del barco durante el aterrizaje, datos meteorológicos del lugar de operación o si el barco se encuentra estático o en movimiento.
Este tipo de análisis, tradicionalmente, se solía realizar con ensayos experimentales en túneles de viento. Este método, además de ser más costoso y de necesitar más tiempo para realizar el estudio, está limitado en los resultados que puede aportar y perturba las soluciones debido a la introducción de múltiples sensores que modifican la trayectoria del aire. Por estos motivos, actualmente, gracias al avance de las capacidades computacionales, cada día es más habitual realizar simulaciones numéricas por ordenador para resolver este tipo de problemas.
Una herramienta muy útil para llevar a cabo estos estudios son las simulaciones CFD. Permiten reproducir las tendencias de turbulencia y temperatura que experimentará el aire cercano al helipuerto, analizando las corrientes de aire producidas debido a las superestructuras y los flujos térmicos provenientes de las salidas de los escapes o de otras fuentes térmicas.
Para construir el modelo CFD se necesita la geometría de la obra muerta y de la superestructura, las condiciones de funcionamiento de las salidas de gases del barco (motores, generadores, calderas, …) y las condiciones de navegación usuales para el momento del aterrizaje. Junto con estos datos, se genera un dominio numérico donde está inmerso el barco, el cual consiste en un paralelepípedo de varias esloras por proa, popa y los costados del buque. Este dominio geométrico tiene las dimensiones suficientes para analizar los efectos que pueden tener los flujos de aire en el helipuerto.
La estrategia de diseño de helipuertos más eficiente sería realizar las simulaciones CFD en la fase más temprana de diseño. De esta manera, se podría simular el helipuerto en diferentes posiciones del buque y con diferentes configuraciones para cuantificar cuál de ellas es la menos perjudicial y la que más tiempo del año estaría disponible para operar.
En el caso de que la posición del helipuerto ya esté fijada y no se pueda mover, las simulaciones permiten estudiar alternativas para mitigar el efecto turbulento y térmico en la zona de aterrizaje. Un ejemplo sería colocar deflectores en la salida de los escapes, para orientar los gases calientes hacia otra dirección, o modificar si fuese posible la localización de algún objeto de la superestructura que provoque vórtices perjudiciales.
El empleo de las herramientas CFD adecuadas por parte de ingenieros experimentados, nos permite un análisis detallado de los diferentes problemas aerodinámicos que nos podemos encontrar en un buque y actuar sobre los mismos de forma rápida y eficiente evaluando soluciones en nuestro modelo virtual. Esta aplicación de las herramientas CFD forma parte del portfolio de servicios de VICUSdt en el ámbito del gemelo digital.
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