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El ala híbrida consume la mitad del combustible de un avión estándar
Los ingenieros aeroespaciales saben desde hace mucho tiempo que deshacerse de un fuselaje tubular convencional en favor de una forma de ala híbrida similar a una mantarraya podría reducir drásticamente el consumo de combustible. Un equipo de la NASA ha demostrado un método de fabricación que promete hacer que el diseño sea práctico.
Wing it: La NASA ha construido un prototipo a control remoto de su diseño de ala híbrida.
Combinado con un tipo de motor extremadamente eficiente, llamado motor de relación de derivación ultra alta, el diseño del ala híbrida podría usar la mitad de combustible que los aviones convencionales. Aunque la tecnología puede tardar 20 años en llegar al mercado, el método de fabricación desarrollado en la NASA podría ayudar a mejorar los aviones comerciales convencionales en los próximos ocho a 10 años, estima Fay Collier, gerente de programas de la NASA.
La técnica de fabricación reduce el peso de los componentes estructurales de una aeronave en un 25 por ciento, lo que podría reducir significativamente el consumo de combustible. Los avances son la culminación de un esfuerzo de tres años y $ 300 millones por parte de la NASA y socios como Pratt & Whitney y Boeing.
Hay dos desafíos clave con el diseño de alas voladoras. Uno es cómo controlar un avión de este tipo a bajas velocidades. Anteriormente, la NASA abordó esto construyendo un avión de prueba de control remoto de seis metros de ancho (el X-48B) para demostrar formas de controlar las alas híbridas. Basándose en esas pruebas y pruebas en el túnel de viento, la NASA construyó un avión más grande por control remoto que inició vuelos de prueba el año pasado.
El segundo desafío es construir una versión a gran escala del avión con cabinas presurizadas que sea estructuralmente sólida. Una de las razones por las que han persistido los aviones tubulares es que es relativamente fácil construir un tubo que pueda resistir las fuerzas que actúan sobre él desde el exterior durante el vuelo mientras se mantiene la presión de la cabina. El diseño del ala híbrida implica un fuselaje más plano, en forma de caja, que se mezcla con las alas. La estructura más plana, que incluye algunos ángulos casi rectos, es mucho más difícil de construir de una manera que sea lo suficientemente fuerte y liviana para ser práctica.
El proceso de fabricación de la NASA comienza con varillas compuestas de carbono preformadas. Las varillas están cubiertas con tela de fibra de carbono y cosidas en su lugar. Luego, la tela se cose sobre tiras de espuma para crear miembros transversales. La tela está impregnada con epoxi para crear una estructura compuesta rígida.
Se probaron secciones de un fuselaje construido con la técnica y se demostró que resistían las fuerzas que se aplicarían a un avión terminado. Las pruebas también demostraron que cuando se aplicó suficiente presión para hacer que las piezas fallaran, las costuras utilizadas para hacer que la estructura evitaran que las grietas se extendieran, una clave para evitar fallas catastróficas en vuelo.
Los investigadores ahora están construyendo una estructura presurizada de dos niveles de 30 pies de ancho que se utilizará en un intento de validar el enfoque de fabricación. Está previsto que esa estructura esté terminada en 2015.
Para lograr una reducción del 50 por ciento en el consumo de combustible, el diseño del ala híbrida deberá incorporar un diseño de motor avanzado. Collier dice que los motores de derivación ultra alta son una buena combinación. En un diseño de derivación ultra alta, el ventilador delantero del motor es mucho más grande que el núcleo del motor, donde se comprime el aire y se produce la combustión. Ventiladores tan grandes pueden ser difíciles de montar debajo del ala, ya que los motores se montan en la mayoría de los aviones de pasajeros convencionales. El diseño del ala híbrida implica montar los motores en la parte superior del avión, en lugar de debajo de las alas. (El diseño de montaje superior también reduce los niveles de ruido).
La NASA ha ayudado a Pratt & Whitney a desarrollar prototipos de motores de derivación ultra alta, que están programados para su uso comercial por primera vez el próximo año, comenzando con los aviones C-Series de Bombardier. La NASA está optimizando aún más los motores para aprovechar el diseño de montaje superior en el avión de ala híbrida.