Investigadores del MIT modifican un avión del siglo pasado, para reducir el ruido y el gasto de combustible en velocidades superiores a la del sonido
Un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), EN Estados Unidos, está desarrollando un modelo de avión biplano que podría reducir el ruido de los aviones ultrasónicos, así como ahorrar casi la mitad de combustible, los dos motivos por los que hace casi nueve años que no se realiza ningún vuelo de este tipo. El modelo está basado en un diseño de mediados del siglo pasado ideado por el ingeniero Adolf Busemann, y al que le faltaba propulsión para romper la barrera del sonido. Por Carlos Gómez Abajo.
Dibujo conceptual de un biplano ultrasónico. Imagen: Christine Daniloff. Fuente: MIT News.
Durante 27 años, el Concorde dio a sus pasajeros un lujo poco común: ahorro de tiempo. Por una tarifa nada despreciable, el elegante jet supersónico transportaba a los viajeros de Nueva York a París en apenas tres horas y media - tiempo suficiente para dormir una siesta y un aperitivo. Con los años, los billetes caros, los altos costes del combustible, el cupo limitado y las molestias del ruido provocado por la ruptura de la velocidad del sonido disminuyeron el interés y la venta de vuelos. El 26 de noviembre de 2003, el Concorde - y los viajes supersónicos comerciales - se retiraron del servicio.
Desde entonces, varios grupos han estado trabajando en diseños para la próxima generación de aviones supersónicos. Ahora, un investigador del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha inventado un concepto que puede resolver muchos de los problemas que afectaron al Concorde, según informa en una nota de prensa el propio centro de investigación. Qiqi Wang, profesor asistente de aeronáutica y astronáutica, dice que la solución, en principio, es simple: en lugar de volar con un ala a cada lado, ¿por qué no dos?
Wang y sus colegas Rui Hu, investigador postdoctoral en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica, y Antony Jameson, profesor de ingeniería en la Universidad de Stanford, han demostrado, a través de un modelo de ordenador, que un biplano modificado puede, de hecho, producir una resistencia significativamente menor que un avión convencional de una sola ala a velocidad de crucero supersónica. El grupo publicará sus resultados en el Journal of Aircraft.
Esta disminución de la resistencia, de acuerdo con Wang, implica que el aeroplano requeriría menos combustible para volar. También significa que el avión produciría menos estampido sónico.
"El estampido sónico es, en realidad, las ondas de choque creadas por los aviones supersónicos, propagadas a la tierra", explica Wang. "Es como oír disparos. Es tan molesto que a los aviones supersónicos no se les permitió volar sobre la tierra. "
Doble de alas, doble de diversión
Con el diseño de Wang, un avión con dos alas - una encima de la otra – cancelaría las ondas de choque producidas por cada una de ellas si estuvieran solas. Wang cita al ingeniero alemán Adolf Busemann como creador del concepto original. En los años 50 del pasado siglo, a Busemann se le ocurrió un diseño de biplano que prácticamente elimina las ondas de choque a velocidades supersónicas.
Normalmente, cuando un avión convencional se acerca a la velocidad del sonido, el aire comienza a comprimirse en la parte delantera y trasera del aparato. Cuando el avión alcanza y supera la velocidad del sonido (Mach 1), el aumento repentino de la presión de aire crea dos enormes ondas de choque que irradian hacia fuera en los dos extremos de la nave, produciendo un estampido sónico.
A través de cálculos, Busemann encontró que un diseño en forma de biplano podía acabar con las ondas de choque. Cada ala del diseño, cuando se ve desde un lateral, tiene la forma de un triángulo aplanado, con las alas superior e inferior que apuntan la uno hacia la otra. La configuración, según sus cálculos, anula las ondas de choque producidas por cada ala sola.
Sin embargo, al diseño de Busemann le faltaba propulsión: Las dos alas a cada lado crean un canal muy estrecho a través de las cuales sólo puede fluir una cantidad limitada de aire. En la transición a velocidades supersónicas, el canal, dice Wang, podría “atascarse”, creando una fricción increíble. Mientras que el diseño de Busemann podría funcionar muy bien a velocidades supersónicas, no puede superar la resistencia para llegar a esas velocidades.
Desde entonces, varios grupos han estado trabajando en diseños para la próxima generación de aviones supersónicos. Ahora, un investigador del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha inventado un concepto que puede resolver muchos de los problemas que afectaron al Concorde, según informa en una nota de prensa el propio centro de investigación. Qiqi Wang, profesor asistente de aeronáutica y astronáutica, dice que la solución, en principio, es simple: en lugar de volar con un ala a cada lado, ¿por qué no dos?
Wang y sus colegas Rui Hu, investigador postdoctoral en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica, y Antony Jameson, profesor de ingeniería en la Universidad de Stanford, han demostrado, a través de un modelo de ordenador, que un biplano modificado puede, de hecho, producir una resistencia significativamente menor que un avión convencional de una sola ala a velocidad de crucero supersónica. El grupo publicará sus resultados en el Journal of Aircraft.
Esta disminución de la resistencia, de acuerdo con Wang, implica que el aeroplano requeriría menos combustible para volar. También significa que el avión produciría menos estampido sónico.
"El estampido sónico es, en realidad, las ondas de choque creadas por los aviones supersónicos, propagadas a la tierra", explica Wang. "Es como oír disparos. Es tan molesto que a los aviones supersónicos no se les permitió volar sobre la tierra. "
Doble de alas, doble de diversión
Con el diseño de Wang, un avión con dos alas - una encima de la otra – cancelaría las ondas de choque producidas por cada una de ellas si estuvieran solas. Wang cita al ingeniero alemán Adolf Busemann como creador del concepto original. En los años 50 del pasado siglo, a Busemann se le ocurrió un diseño de biplano que prácticamente elimina las ondas de choque a velocidades supersónicas.
Normalmente, cuando un avión convencional se acerca a la velocidad del sonido, el aire comienza a comprimirse en la parte delantera y trasera del aparato. Cuando el avión alcanza y supera la velocidad del sonido (Mach 1), el aumento repentino de la presión de aire crea dos enormes ondas de choque que irradian hacia fuera en los dos extremos de la nave, produciendo un estampido sónico.
A través de cálculos, Busemann encontró que un diseño en forma de biplano podía acabar con las ondas de choque. Cada ala del diseño, cuando se ve desde un lateral, tiene la forma de un triángulo aplanado, con las alas superior e inferior que apuntan la uno hacia la otra. La configuración, según sus cálculos, anula las ondas de choque producidas por cada ala sola.
Sin embargo, al diseño de Busemann le faltaba propulsión: Las dos alas a cada lado crean un canal muy estrecho a través de las cuales sólo puede fluir una cantidad limitada de aire. En la transición a velocidades supersónicas, el canal, dice Wang, podría “atascarse”, creando una fricción increíble. Mientras que el diseño de Busemann podría funcionar muy bien a velocidades supersónicas, no puede superar la resistencia para llegar a esas velocidades.
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Para abordar la cuestión de la fricción, Wang, Hu y Jameson diseñaron un modelo de computadora para simular el funcionamiento del biplano de Busemann a diferentes velocidades. A una velocidad dada, el modelo determinaba la forma óptima del ala para minimizar la resistencia. Los investigadores agregaron luego los resultados de una docena de diferentes velocidades y 700 configuraciones de las alas para llegar a una forma óptima para cada ala.
Encontraron que suavizar ligeramente la superficie interior de cada ala creaba un canal más ancho a través de la cual el aire podía fluir. Los investigadores también descubrieron que, con otras modificaciones, este biplano conceptual sufría la mitad de la resistencia que aviones supersónicos convencionales como el Concorde. Wang señala que esto podría reducir la cantidad de combustible necesario a menos de la mitad.
"Si lo piensas bien, cuando un avión despega, no sólo tiene que llevar a los pasajeros, sino también el combustible, y si se puede reducir el consumo de combustible, puede reducir la cantidad de combustible que necesita para llevar, que a su vez reduce el tamaño de la estructura que necesita para llevar el combustible", resume Wang. "Es una especie de reacción en cadena."
El siguiente paso del equipo es diseñar un modelo en tres dimensiones para tener en cuenta otros factores que afectan el vuelo. Si bien los investigadores del MIT están buscando un diseño único y óptimo para el vuelo supersónico, Wang apunta que un grupo de investigadores japoneses ha logrado avances en el diseño de un biplano similar al de Busemann, con piezas móviles: las alas cambiarían de forma en pleno vuelo para alcanzar velocidades supersónicas.
"La gente cada vez tiene más ideas sobre cómo mejorar el diseño clásico”, destaca Wang.. "Esto puede conducir a una mejora drástica, y puede haber un auge en este campo en los próximos años.
Para abordar la cuestión de la fricción, Wang, Hu y Jameson diseñaron un modelo de computadora para simular el funcionamiento del biplano de Busemann a diferentes velocidades. A una velocidad dada, el modelo determinaba la forma óptima del ala para minimizar la resistencia. Los investigadores agregaron luego los resultados de una docena de diferentes velocidades y 700 configuraciones de las alas para llegar a una forma óptima para cada ala.
Encontraron que suavizar ligeramente la superficie interior de cada ala creaba un canal más ancho a través de la cual el aire podía fluir. Los investigadores también descubrieron que, con otras modificaciones, este biplano conceptual sufría la mitad de la resistencia que aviones supersónicos convencionales como el Concorde. Wang señala que esto podría reducir la cantidad de combustible necesario a menos de la mitad.
"Si lo piensas bien, cuando un avión despega, no sólo tiene que llevar a los pasajeros, sino también el combustible, y si se puede reducir el consumo de combustible, puede reducir la cantidad de combustible que necesita para llevar, que a su vez reduce el tamaño de la estructura que necesita para llevar el combustible", resume Wang. "Es una especie de reacción en cadena."
El siguiente paso del equipo es diseñar un modelo en tres dimensiones para tener en cuenta otros factores que afectan el vuelo. Si bien los investigadores del MIT están buscando un diseño único y óptimo para el vuelo supersónico, Wang apunta que un grupo de investigadores japoneses ha logrado avances en el diseño de un biplano similar al de Busemann, con piezas móviles: las alas cambiarían de forma en pleno vuelo para alcanzar velocidades supersónicas.
"La gente cada vez tiene más ideas sobre cómo mejorar el diseño clásico”, destaca Wang.. "Esto puede conducir a una mejora drástica, y puede haber un auge en este campo en los próximos años.
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