Volar por cielos eco-amigables

Un equipo dirigido por MIT diseña aviones que usarían 70 por ciento menos combustible que los modelos actuales.

En lo que podría sentar las bases para un cambio fundamental en la aviación comercial, un equipo dirigido por MIT ha diseñado un avión verde que se estima usa 70% menos combustible que los aviones actuales mientras también reduce el ruido y la emisión de óxido de nitrógeno.

La serie D “doble burbuja” del MIT está basada en una estructura “tubo y ala” modificada que tiene un fuselage muy ancho para proveer elevación extra. La aeronave sería usada para vuelos domésticos para transportar 180 pasajeros en una cabina más espaciosa  que la de un  Boeing 737-800
La serie D “doble burbuja” del MIT está basada en una estructura “tubo y ala” modificada que tiene un fuselage muy ancho para proveer elevación extra. La aeronave sería usada para vuelos domésticos para transportar 180 pasajeros en una cabina más espaciosa que la de un Boeing 737-800

El diseño fue uno de dos que el equipo, liderado por el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica, presentó a la NASA el mes pasado como parte de un contrato de investigación de US$2.1 millones para desarrollar conceptos ambientales y de rendimiento que ayudarán a guiar la investigación aeronáutica de la agencia por los próximos 25 años.

Conocido como ”N+3” para denotar tres generaciones más allá de la flota de transporte comercial actual, el programa de investigación está enfocado a identificar tecnologías claves, tales como configuraciones de fuselaje y sistemas de propulsión avanzados, que permitirán que aviones más verdes vuelen hacia 2035.

MIT fue la única universidad dirigiendo uno de los seis equipos estadounidenses que ganaron contratos de la NASA en Octubre de 2008.  Cuatro equipos dirigidos por MIT, Boeing, GE Aviation y Northrop Grumman, respectivamente, estudiaron conceptos para aviones comerciales subsónicos (más lentos que la velocidad del sonido), mientras que equipos liderados por  Boeing y Lockheed-Martin estudiaron conceptos para aviones comerciales supersónicos (más rápidos que la velocidad del sonido).

Liderado por el profesorado y los estudiantes del AeroAstro, incluyendo su investigador principal  Ed Greitzer, el Profesor de Aeronautica y Astronautica de H Nelson Slater, los miembros del equipo del MIR incluyen a Aurora Flight Sciences Corporation y a Pratt & Whitney.

Su objetivo fue desarrollar concepto para, y evaluar el potencial de, aviones subsónicos comerciales más silenciosos que quemaría 70%  menos combustible y emite 75%  menos óxido de nitrógeno que los aviones comerciales actuales.

La NASA también quería un avión que pudiera despegar de pistas más cortas. Diseñar un avión que pudiera cumplir con el criterio agresivo de la NASA mientras da cuenta de los cambios en el tráfico aéreo en 2035 – cuando se espera que el tráfico sea el doble- requeriría un “cambio radical”, de acuerdo con Greitzer. Aunque los autómoviles han sido objeto de extensos cambios de diseño durante el último medio siglo, “las siluetas de los aviones han permanecido básicamente igual durante los últimos 50 años”, según él, describiendo la estructura “tubo y ala” tradicional, fácilmente reconocible del fuselaje y alas de los aviones.

Dos aviones para dos misiones

El equipo del MIT respondió al reto de la NASA desarrollando dos diseños: la serie D “doble burbuja” de 180 pasajeros para reemplazar el Boeing 737, actualmente usado para vuelos domésticos, y la serie H “cuerpo de ala híbrido” de 350 pasajeros para reemplazar el avión clase 777 ahora usado para vuelos internacionales.

Los ingenieros concibieron la serie D reconfigurando la estructura tubo y ala. En lugar de usar un fuselaje cilíndrico singular, utilizaron dos cilindros parciales ubicados uno al lado del otro para crear una estructura más amplia cuyas secciones transversales se asemejan a dos burbujas de jabón unidas entre sí. También movieron los motores usualmente montados en las alas a la parte posterior del fuselaje. A diferencia de los motores en la mayoría de los aviones que a altas velocidades recogen el flujo de aire inalterado, los motores de la serie D  recogen aire en movimiento más lento que está presente en la estela del fuselaje. Conocido como el boundary layer ingestion (BLI) –capa límite de ingestión-, esta técnica permite a los motores  usar menos combustible para la misma cantidad de impulso, aunque el diseño tiene varias desventajas prácticas, tales como crear más estrés sobre el motor.

De acuerdo a Mark Drela, el Profesor de Dinámica de Fluidos Terry L. Kohler y diseñador líder de la serie D, el diseño mitiga algunos de las desventajas de la técnica BLI viajando cerca de 10% más lento que un 737. Además para reducir el arrastre y la cantidad de combustible que quema el avión, la serie D tiene alas más largas y delgadas y una cola más pequeña.

Aunque el avión viajaría un poco más despacio que un 737, él dice que algo de este tiempo podría recuperarse porque el tamaño más amplio del avión permitiría una carga y descarga más rápida.

La serie D no sólo cumple con la quema de combustible a largo plazo, la reducción de emisiones y la longitud de despeje exigidos por la NASA, pero también podría ofrecer amplios beneficios en el futuro cercano porque el equipo del MIT diseñó dos versiones: una versión de alta tecnología con una reducción del 70% de quema de combustible y una versión que podría ser construida con aluminio convencional y tecnología de jet actual que podría quemar 50% menos combustible  y podría ser más atractiva como una alternativa de menor riesgo, a corto plazo.

Carl Burleson, el director de la Oficina de Ambiente y Energía de la Agencia Federal de Aviación dijo que en adición a su “realmente bueno desempeño ambiental”, la serie D es impresionante porque su diseño de burbuja es lo bastante similar a la estructura tubo y ala de los aviones actuales que sería más fácil de integrar a la infraestructura de los aeropuertos que los diseños más radicales. “Se tiene que pensar cómo una estructura de un aeropuerto puede soportarlo”, dijo. “Para otros diseños, se tendría que reformar fundamentalmente las puertas de los aeropuertos porque los aviones están configurados de manera muy diferente”.

Aunque la serie H utiliza mucha de la misma tecnología de la serie D, incluyendo BLI, se necesita un diseño más largo para este avión para llevar más pasajeros en distancias más largas. El equipo del MIT diseñó un cuerpo de aeronave de ala híbrida de forma triangular que mezcla un fuselaje más amplio con las alas para mejorar la aerodinámica. El cuerpo central más grande crea una elevación hacia adelante que elimina la necesidad de una cola para balancear el avión.

La estructura amplia también permite a los ingenieros explorar diferentes arquitecturas de propulsión para el avión, tales como un sistema distribuido de múltiples motores más pequeños. Aunque la serie H cumple con las metas de la NASA de reducción de emisiones y longitud de la pista, los investigadores dijeron que continuarán mejorando el diseño para cumplir más de los objetivos de la NASA.

El equipo de MIT espera escuchar de la NASA dentro de los próximos meses acerca si ha sido elegido para la segunda fase del programa, que va a proveer fondos adicionales a uno o dos de los equipos subsónicos en 2011 para investigar y desarrollar las tecnologías identificadas durante la primera fase. Los investigadores son conscientes que alguna tecnología de sistema de propulsión aún tiene que ser explorada.

Ellos han propuesto evaluar las interacciones entre el sistema de propulsión y la nueva aeronave usanto un túnel de viento de la NASA a gran escala. Incluso si los diseños del MIT no son escogidos para la segunda fase, los investigadores esperan continuar desarrollándolos, incluyendo la prueba de modelos más pequeños en el Tunel de Viento Wrigth Brothers del MIT y colaborando con fabricantes para explorar coómo hacer los conceptos una realidad.

Articulo en ingles aqui.

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