El diseño básico de los aviones comerciales no ha cambiado mucho en los últimos 60 años. Los aviones de pasajeros modernos como el Boeing 787 y el Airbus A350 tienen la misma forma general que el Boeing 707 y el Douglas DC-8, que se construyeron a finales de la década de 1950 y solidificaron el factor de forma de “tubo y ala” que todavía se utiliza en la actualidad.
Esto se debe a que la aviación comercial prioriza la seguridad, favoreciendo soluciones probadas y comprobadas y a que otros avances (en materiales y motores, por ejemplo) significan que el diseño tradicional sigue siendo relevante.
Sin embargo, está a punto de producirse una sacudida sísmica. Se ha autorizado un avión completamente nuevo para despegar hacia los cielos de California. A finales del mes pasado, JetZero, con sede en Long Beach, anunció que Pathfinder, su avión de demostración de “cuerpo de ala combinada” a escala 1:8, recibió un certificado de aeronavegabilidad de la FAA y que los vuelos de prueba son inminentes.
Mientras la industria busca desesperadamente formas de reducir las emisiones de carbono, enfrenta un desafío algo más difícil que otros sectores precisamente porque ha resultado muy difícil alejarse de sus tecnologías centrales. Es un buen momento para innovar.
El “cuerpo de ala combinada” se parece al diseño de “ala voladora” utilizado por aviones militares como el icónico bombardero B-2 , pero el ala combinada tiene más volumen en la sección central. Tanto Boeing como Airbus están jugueteando con la idea, y el nuevo hito de JetZero los acerca un poco más a su ambicioso objetivo de poner en servicio un avión de ala mixta tan pronto como 2030.
Bajo presión
El concepto de ala combinada no es nada nuevo, y los primeros intentos de construir aviones con este diseño se remontan a finales de la década de 1920 en Alemania. El diseñador e industrial de aviones estadounidense Jack Northrop creó un diseño de ala voladora propulsada por un jet en 1947, que inspiró el B-2 en la década de 1990.
Como una especie de híbrido entre un ala voladora y un “tubo y ala” tradicional, el ala combinada permite que todo el avión genere sustentación, minimizando la resistencia. La NASA dice que esta forma “ayuda a aumentar la economía de combustible y crea áreas de carga útil (carga o pasajeros) más grandes en la parte central de la carrocería del avión”. La agencia lo ha probado a través de uno de sus aviones experimentales, el X-48 .
En aproximadamente 120 vuelos de prueba entre 2007 y 2012, dos X-48 no tripulados y controlados remotamente demostraron la viabilidad del concepto. “Un avión de este tipo tendría una envergadura ligeramente mayor que un Boeing 747 y podría operar desde las terminales aeroportuarias existentes”, dice la agencia, añadiendo que el avión también “pesaría menos, generaría menos ruido y emisiones, y costaría menos operar”. que un avión de transporte convencional igualmente avanzado”.
En 2020, Airbus construyó un demostrador de alas pequeñas combinadas, de unos seis pies de largo, lo que indica interés en desarrollar un avión de tamaño completo en el futuro. Pero si la forma es tan efectiva, ¿por qué no hemos pasado todavía a construir aviones basados en ella?
Según O’Leary, existe un desafío técnico importante que frena a los fabricantes. “Es la presurización de un fuselaje no cilíndrico”, dice, señalando el hecho de que un avión en forma de tubo es más capaz de manejar los constantes ciclos de expansión y contracción que vienen con cada vuelo.
“Si piensas en un ‘tubo y ala’, separa las cargas: tienes la carga de presurización en el tubo y las cargas de flexión en las alas. Pero un ala combinada esencialmente los combina. Sólo ahora podremos hacerlo con materiales compuestos que sean a la vez ligeros y resistentes”.
Una forma tan radicalmente nueva haría que el interior del avión se viera y se sintiera tremendamente diferente al de los aviones de fuselaje ancho actuales. “Es simplemente un fuselaje mucho, mucho más ancho”, dice O’Leary. “Un avión típico de pasillo único tiene tres por tres asientos, pero este es una especie de tubo más corto y ancho. Obtienes la misma cantidad de personas, pero es posible que tengas 15 o 20 filas en la cabina, dependiendo de cómo la configure cada aerolínea en particular.
“Esto simplemente les da una paleta completamente nueva para diseñarlo. Creo que será sorprendente ver cuál será su interpretación de este espacio mucho más amplio”.
Potencial revolucionario
O’Leary dice que el equivalente más cercano en términos de tamaño sería el Boeing 767, un avión bimotor de fuselaje ancho introducido en la década de 1980 que normalmente transportaba alrededor de 210 pasajeros. Todavía se produce como avión de carga, pero fue reemplazado por el Boeing 787 como avión de pasajeros. También cuenta con una variante militar moderna, el KC-46, que la Fuerza Aérea de EE.UU. utiliza para el reabastecimiento de combustible en vuelo.
JetZero también quiere desarrollar tres variantes al mismo tiempo: un avión de pasajeros con capacidad para más de 200 pasajeros, un avión de carga y un camión cisterna de combustible. La forma del ala combinada se presta tan bien a esto último que el año pasado la Fuerza Aérea de EE. UU. otorgó a JetZero 235 millones de dólares para desarrollar un demostrador a escala real y validar el rendimiento del concepto de ala combinada. Está previsto que la versión militar del avión lidere el camino y quizás apoye el desarrollo de los modelos comerciales.
El Pathfinder recientemente aprobado por la FAA, con una envergadura de 23 pies, es una versión a escala del 12,5% del demostrador a escala real, que se espera que despegue en 2027. El avión está diseñado para ser 100% compatible con combustible de aviación sostenible ( SAF) y tener el volumen interno para acomodar hidrógeno con cero emisiones de carbono.
Sin embargo, construir un avión completamente nuevo desde cero es una tarea enorme, y los objetivos de JetZero parecen ambiciosos, dado que el proceso completo de certificación incluso para una variante de un avión existente puede llevar años. Una ventaja que tiene JetZero en esta área es que el avión inicialmente tomará prestados motores de los aviones de fuselaje estrecho actuales, como el Boeing 737, aunque el plan es pasar eventualmente a una propulsión completamente libre de emisiones propulsada por hidrógeno, lo que requeriría nuevos motores que no tengan emisiones. Aún no se ha desarrollado.
JetZero no ha anunciado ningún pedido para su avión, pero O’Leary le dijo a CNN el año pasado que las aerolíneas están interesadas. “Ya estamos hablando con las principales aerolíneas a nivel mundial, porque están entusiasmadas de escuchar acerca de las ganancias en eficiencia”.
Queda por ver si realmente es posible reducir el consumo de combustible en un 50%. Tanto la NASA como Airbus cotizaron un 20% más modesto para sus diseños, mientras que la Fuerza Aérea de EE.UU. dice que un avión de ala mixta podría “mejorar la eficiencia aerodinámica en al menos un 30% con respecto a los actuales aviones cisterna y de movilidad de la Fuerza Aérea”.
“Es importante señalar que, si bien un cuerpo de ala combinado puede reducir la resistencia y aumentar la eficiencia del combustible, los beneficios reales dependen del diseño, la configuración y las condiciones operativas específicas”, dice Bailey Miles, analista de aviación de la firma consultora AviationValues.
“La optimización y las pruebas aerodinámicas exhaustivas son esenciales para aprovechar plenamente el potencial de reducción de la resistencia aerodinámica de este innovador diseño de aeronave. Sería difícil determinar un porcentaje específico de reducción de combustible sin las pruebas necesarias”, añade.
Según Miles, el diseño de ala combinada es una idea “revolucionaria” que tiene potencial, pero conlleva una serie de obstáculos, específicamente una mayor complejidad aerodinámica que puede dificultar el diseño y las pruebas, una serie de desafíos regulatorios y de certificación, y una forma que puede no ser adecuada para la infraestructura aeroportuaria existente.
“El avión con alas mixtas es inmensamente prometedor como un elemento de cambio en la industria de la aviación, ya que ofrece el potencial de mejorar la eficiencia del combustible, mejorar la capacidad de carga útil y sistemas de control innovadores. Sin embargo, abordar las complejidades aerodinámicas, garantizar la integridad estructural, superar los obstáculos regulatorios y adaptar la infraestructura aeroportuaria son desafíos formidables que deben superarse para que esto se convierta en una realidad”, dice, y agrega que estos desafíos, entre otros, hacen que el objetivo de JetZero para 2030 para la entrada en servicio “inconcebible”.
Según Richard Aboulafia, analista de aviación de la firma consultora Aerodynamic Advisory, aunque no todas las afirmaciones de JetZero pueden verificarse, “la idea de un cuerpo de ala combinado ha sido bastante atractiva durante años, y parece que han hecho algunas cosas muy interesantes”. investigación. Mis colegas y yo lo consideramos bastante prometedor”.
Le preocupa que en este momento la empresa sea principalmente “un taller de diseño”, pero cree que el proyecto podría despegar con la ayuda de contratistas. “Ciertamente hay espacio para alguien que realmente quiera agregar valor en esta industria”, afirma.