Los ingenieros aeroespaciales saben desde hace tiempo que suplantar un fuselaje convencional tubular en favor de una estructura de 'ala híbrida' parecida a la de un pez manta podría reducir drásticamente el consumo de combustible. Un equipo de la NASA ha hecho una demostración de un método de fabricación que promete hacer que el diseño sea práctico.
Combinado con un tipo de motor de gran eficiencia, denominado motor de índice de derivación ultra alto, el diseño de ala híbrida podría utilizar hasta la mitad de combustible que un avión convencional. Aunque pueden pasar 20 años hasta que la tecnología llegue al mercado, el método de fabricación desarrollado en la NASA podría ayudar a mejorar los aviones comerciales convencionales dentro de los próximos 8 a 10 años, según estima Fay Collier, gerente de programa de la NASA.
La técnica de fabricación disminuye 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 una iniciativa de tres años y 300 millones de dólares (225 millones de euros) de la NASA y socios como Pratt & Whitney y Boeing.
El diseño de ala voladora tiene dos problemas principales. Uno de ellos es cómo controlar un avión de este tipo a bajas velocidades. La NASA ha abordado anteriormente la cuestión mediante la construcción de un avión de prueba por control remoto de seis metros de ancho (el X-48B) para demostrar formas de controlar las alas híbridas. En base a estas pruebas y ensayos en túneles de viento, la NASA construyó un avión mayor por control remoto que inició vuelos de prueba el año pasado.
El segundo desafío fue la construcción de una versión a gran escala de la aeronave con cabina presurizada y estructuralmente sólida. Una de las razones por las que los aviones tubulares han persistido es que es relativamente fácil construir un tubo capaz de resistir las fuerzas que actúan sobre él desde el exterior durante el vuelo, mientras mantiene la presión de la cabina. El diseño de ala híbrida implica un fuselaje más plano, en forma de caja, en el que las alas son una parte inseparable de su estructura. Esta estructura más plana, que incluye algunos ángulos casi rectos, es mucho más difícil construir de forma que sea lo suficientemente fuerte y ligera como para ser práctica.
El proceso de fabricación de la NASA comienza con varillas preformadas de carbono compuesto. Después, las varillas se cubren con tela de fibra de carbono y se cosen. A continuación, la tela se cose sobre tiras de espuma para crear miembros transversales. El tejido se impregna con una resina epoxi para crear una estructura de material compuesto rígido.
Se han probado secciones de fuselaje construidas con la técnica y se ha demostrado que resisten las fuerzas a las que se enfrenta un avión finalizado. Las pruebas también demostraron que cuando se aplicó presión suficiente como para provocar que las partes fallaran, la costura usada para crear la estructura evitó la propagación de grietas, algo de importancia clave para evitar un fallo catastrófico en pleno vuelo.
Los investigadores están ahora construyendo una estructura presurizada de dos niveles y 30 pies de ancho (9,1 metros) que se utilizará para intentar validar el enfoque de fabricación. Esa estructura está programada para ser terminada en 2015.
Para lograr una reducción del 50 por ciento en el consumo de combustible, el diseño de ala híbrida tendrá que incorporar un diseño avanzado de motor. Collier señala que los motores de índice de derivación ultra alto serían buenos candidatos. En un diseño de índice de derivación ultra alto, el ventilador frontal del motor es mucho mayor que el núcleo, donde el aire es comprimido y la combustión tiene lugar. Estos ventiladores de gran tamaño pueden ser difíciles de montar bajo el ala, que es donde se montan los motores en los aviones de pasajeros más convencionales. El diseño del ala híbrida implica el montaje de los motores en la parte superior del avión, y no bajo 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 índice de derivación ultra alto, cuyo uso comercial está programado por primera vez para el próximo año, empezando con la aeronave C-Series de Bombardier. La NASA sigue optimizando los motores para aprovechar el diseño de montaje superior en la aeronave de ala híbrida.