MaterialTech Labs
Metodología

Ingeniería de grado aeroespacial

El mismo stack que se usa para diseñar alas de avión, palas de turbina y carenados de F1. Aplicado a quillas de surf.

OpenFOAM
Python
NSGA-II
snappyHexMesh
k-ω SST
PA-CF

Simulación

CFD con OpenFOAM 13

Simulación RANS incompresible estacionaria con solver simpleFoam y modelo de turbulencia k-ω SST de bajo Reynolds (Menter 1994). Fluido: agua de mar real con ν=1.0·10⁻⁶ m²/s y ρ=1025 kg/m³ a 7.5 m/s (≈27 km/h).

  • 🔬
    Malla snappyHexMeshRefinamiento nivel 5 en superficie + 5 capas prismáticas (ratio 1.3). Coarse: ~706k celdas. Fine: ~2–3M celdas. Condiciones de contorno físicas reales.
  • 📊
    Numéricos de precisiónPresión: GAMG (tol 1e-7). Velocidad/turbulencia: smoothSolver (tol 1e-8). Divergencia: Gauss linearUpwind. Relajación: p=0.3, U/k/ω=0.7.
  • 🌊
    4 ángulos de ataque5°, 10°, 15°, 20° en condiciones de túnel virtual. Curvas Lift/Drag completas para cada geometría. 31,661 iteraciones totales en 8.2 h-CPU.
Resultados CFD OpenFOAM CFD Validado
Optimización con algoritmo genético NSGA-II NSGA-II

Optimización

Algoritmo Genético Multiobjetivo

NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) explora miles de geometrías paramétricas para encontrar el frente de Pareto óptimo. Cada candidato se evalúa con CFD completo, no con surrogate models baratos.

  • 🎯
    Optimización real sobre 3 objetivosMaximizar lift, minimizar drag y maximizar el ángulo de stall. Con restricciones de fabricación reales: espesor mínimo, overhang, volumen de material.
  • 🔍
    Exploración masiva del espacio de diseñoCientos de geometrías evaluadas con CFD. No es diseño paramétrico manual — es búsqueda automatizada del óptimo matemático.
  • 🧬
    Parámetros NACA + biomiméticaEl algoritmo optimiza sweep, rake, twist, cant angle, espesor y chord. Además, parámetros de features biomiméticos: amplitud y frecuencia de tubérculos, serraciones y microcanales.

Fabricación

Impresión 3D de Alto Rendimiento

Geometrías imposibles de fabricar con molde tradicional: bordes de ataque con tubérculos, bordes de salida con serraciones, superficies con microcanales. La fabricación aditiva libera el diseño de las restricciones del molde.

  • ⚡
    PA-CF: nylon con fibra de carbonoMaterial de grado ingeniería con rigidez y resistencia superiores. Recubrimiento epoxi para acabado hidrodinámico. Refuerzo estructural con tejido de carbono 3K Twill.
  • 🏗️
    Geometrías complejas sin coste extraTubérculos, serraciones, canales, transiciones suaves — todo se imprime en una sola pieza. Sin moldes, sin uniones, sin compromisos de diseño.
  • 📦
    Sistema FCS II estándarCaja universal compatible con todas las tablas del mercado. Fillet NACA de radio 3 mm para transición suave pala-caja. Listo para instalar.
Impresión 3D PA-CF Fabricación Aditiva
Biomimética computacional Biomimética

Biomimética

3 patrones naturales. Validados con CFD.

No es decoración. Cada feature biomimético está parametrizado, simulado y optimizado. La naturaleza ya resolvió estos problemas de hidrodinámica hace millones de años.

  • 🐋
    Tubérculos en borde de ataqueInspirados en las aletas de Megaptera novaeangliae. Retrasan el stall, mejoran el control a altos ángulos de ataque. RADICAL: 4 mm × 5 ciclos. ALLROUND: 1.5 mm × 3 ciclos.
  • 🦉
    Serrraciones en borde de salidaInspiradas en las plumas de Bubo virginianus. Reducen el ruido hidrodinámico y mejoran la eficiencia. RADICAL: 6 mm × 6 ciclos.
  • 🦈
    Microcanales superficialesInspirados en los dentículos dérmicos de Carcharodon carcharias. Reducen la fricción superficial. RADICAL: 0.5 mm × 8 canales.

Pipeline

Ciclo de desarrollo 100% automatizado

Todo el pipeline está implementado en Python como software open-source (LGPL-3.0). Diseño paramétrico, CFD, optimización y fabricación integrados en un solo flujo.

Paso 1

Diseño paramétrico

Perfiles NACA con sweep, rake, twist, cant angle, espesor y chord controlados por algoritmo. Features biomiméticos aplicados paramétricamente. Software: Python + Gmsh.

Paso 2

Mallado snappyHexMesh

Malla estructurada con refinamiento en bordes y capas prismáticas. Condiciones de contorno: no-slip en quilla, slip en paredes del túnel. ~3M celdas por caso fine.

Paso 3

Simulación CFD

RANS k-ω SST con simpleFoam en OpenFOAM 13. 4 ángulos de ataque. Agua de mar real. 31,661 iteraciones totales en 8.2 h-CPU.

Paso 4

Optimización NSGA-II

Algoritmo genético multiobjetivo. Cada candidato evaluado con CFD. Convergencia al frente de Pareto en ~50 generaciones.

Paso 5

Export STL + Fabricación

Malla STL de alta resolución (~61k triángulos). PA-CF con recubrimiento epoxi. Refuerzo 3K Twill. Sistema FCS II.