El extraño diseño del ala de la NASA podría conducir a aviones futuristas y eficientes en combustible

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Una versión reciente del concepto de ala con refuerzo de armadura transónica en un túnel de viento en el Centro de Investigación Langley de la NASA. Realizaron pruebas entre septiembre y noviembre de 2019.

Una versión reciente del concepto de ala con refuerzo de armadura transónica en un túnel de viento en el Centro de Investigación Langley de la NASA. Realizaron pruebas entre septiembre y noviembre de 2019. (Harlen Capen / NASA /)

En enero, Boeing voló su nuevo y elegante avión de fuselaje ancho por primera vez. Llamado el 777x, la característica más llamativa del avión son las alas que literalmente se pliegan en sus puntas. Las alas son más largas que las de las versiones anteriores de ese avión, un cambio de diseño que ayuda a aumentar la eficiencia general de combustible de la nave. Mientras tanto, las puntas se pliegan cuando está en el suelo para que pueda meterse en la puerta del aeropuerto.

Y a finales de abril, Boeing voló un segundo Avión de prueba 777x durante casi tres horas.

Además del hecho de que las alas se extienden por una larga distancia y luego se articulan en las puntas cuando está en tierra, el nuevo avión 777x, diseñado para transportar hasta 426 pasajeros, se parece básicamente a cualquier otro avión que haya visto. Es un tubo con alas que sobresalen directamente.

Pero desde 2008, la NASA y Boeing han estado investigando un diseño de ala fascinante que es más adecuado para aviones comerciales más pequeños, como los 737 o A320, con capacidad para un máximo de aproximadamente 220 o 240 personas. Y la forma del ala se ve diferente de todo lo que ha volado antes. Las alas largas y delgadas del novedoso diseño prometen crear menos resistencia, como con el 777x, el ahorro de combustible resultante es todo el punto, pero las armaduras agregadas debajo de las alas apoyan su largo espacio. La NASA ha probado diferentes versiones del diseño en túneles de viento en California y Virginia, y las pruebas más recientes fueron en un túnel de viento en su Centro de Investigación Langley en el otoño del año pasado.

Ellos llaman al diseño el ala con refuerzo de armadura transónica, o TTBW. Mientras que un 737 estándar cuenta con una envergadura de aproximadamente 118 pies, las alas de esta nave podrían extenderse hasta 170 pies de largo. También se doblarían en los extremos para meterse en la puerta.

Pero probablemente pueda imaginar los problemas que tal estructura podría crear. "Si el ala se alarga y se vuelve más delgada, se vuelve más flexible", dice Richard Wahls, el asesor técnico estratégico para el programa avanzado de vehículos aéreos de la NASA. Ningún pasajero quiere mirar por la ventana y ver alas extra largas aleteando y moviéndose a su alrededor.

De hecho, la desastrosa situación en la que se puede encontrar un ala larga y delgada se conoce como aleteo aeroelástico. Con las "frecuencias incorrectas", dice Wahls, un ala u otra estructura que experimenta aleteo fallará catastróficamente. Un ejemplo clásico es el Puente Tacoma Narrows, que revoloteó hasta que colapsó en 1940, pero el mismo tipo de destino puede sucederle al ala de un avión. Kevin James, un ingeniero de investigación aeroespacial en el Centro de Investigación Ames de la NASA, compara lo que puede sucederle a un ala como la del aleteo, curva o giro que podría notar una señal de alto que se manifiesta con fuertes vientos. "Las alas largas y delgadas también quieren hacer eso, y ese sería un día muy malo, esa no es una buena experiencia para los pasajeros", bromea James.

Una prueba en el Centro de Investigación Ames.

Una prueba en el Centro de Investigación Ames. (Dominic Hart / NASA /)

Se trata de física

Con aviones como el TTBW, a los ingenieros aeroespaciales les gusta la idea de alas largas y delgadas porque pueden reducir la resistencia del ala. Las alas de esa forma idealmente producen vórtices débiles, no fuertes, en sus puntas. Los vórtices más débiles pueden generar menos resistencia y, con suerte, más ahorro de combustible. "En la punta del ala, donde no hay más alas más allá de lo que el aire puede ver, el aire es muy inteligente, y simplemente girará alrededor de la punta", dice James. "Cuanto más lejos podamos hacer que las alas (se estiren), más levantamiento podremos generar, más eficientemente".

Pero, obviamente, la NASA y los futuros fabricantes de aviones no quieren que su ala larga de bajo consumo de combustible también se flexione y se despegue.

Las armaduras grandes proporcionan el soporte necesario, dando a la estructura otro punto de conexión al fuselaje y evitan el aleteo desbocado. Otro problema es el peso: las alas largas y delgadas sin trusses tendrían que ser tan rígidas y pesadas que negarían el ahorro de combustible. Después de todo, no querría agregar un alerón a su automóvil si tuviera que estar hecho de plomo sólido.

Wahls de la NASA dice que la nueva configuración del ala podría ser responsable de ahorrar alrededor del 9 por ciento del consumo de combustible en un futuro avión TTBW.

Otro beneficio del diseño es que, en lugar de que el ala se una al centro o al fondo del fuselaje, esta configuración tiene las alas montadas en la parte superior. Eso permite a cualquier fabricante de aviones colgar motores más grandes debajo del ala (los motores de mayor diámetro también son más eficientes en combustible) sin preocuparse de que raspen el suelo.

Si bien los fabricantes de aviones como Boeing podrían nunca construir un avión con un diseño como este, Wahls dice que les gustaría llevar la tecnología a un lugar donde pudiera ser "legítimamente considerada" en algún momento de la década de 2030.

Mientras tanto, cuando se trata de aviones futuristas que son tan eficientes y sostenibles como sea posible, después de todo, cuanto más eficiente una máquina voladora es decir, cuanto más podría depender de la propulsión eléctrica: James, de la NASA Ames, ve un avión como el TTBW como solo un "peldaño". El mejor diseño absoluto desde una perspectiva de uso de combustible, dice, sería un avión cuyo cuerpo y alas se mezclan, por lo que se asemeja a una manta raya o un bombardero B-2 Spirit.

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