Biplanos más baratos, silenciosos y eficientes en combustible podrían poner los viajes supersónicos en el horizonte
Jennifer Chu, MIT News Office. Original (en inglés).
Por 27 años, el Concorde le dio a sus pasajeros un raro lujo: ahorro de tiempo. Por un caro boleto, el jet supersónico llevó a los poseedores de boletos de Nueva York a París en solamente tres horas y media – apenas tiempo suficiente para une siesta y un aperitivo. Tras varios años, los caros boletos, los altos costos de energía, los asientos limitados y el problema del ruido de la explosión sónica alentaron el interés y las ventas de boletos. El 26 de noviembre del 2003, el Concorde – y los vuelos comerciales supersónicos – se retiraron del servicio.
Desde entonces, un número de grupos han estado trabajando en diseños para la siguiente generación de jets supersónicos. Ahora un investigador del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) ha propuesto un concepto que podría resolver muchos de los problemas que dejaron al Concorde en tierra. Qiqi Wang, un profesor asistente de aeronáutica y astronáutica, dice que la solución, en principio, es simple: En lugar de volar con una ala a un lado, ¿por qué no dos?
Wang y sus colegas Rui Hu, un postdoctorado en el Dapartamento de Aeronáutica y Astronáutica, y Antony Jameson, un profesor de ingeniería en la Universidad de Stanford, han mostrado a través de un modelo de computadora que un biplano modificado puede, de hecho, producir mucho menos arrastre que un avión convencional de un ala a velocidades de crucero supersónicas. El grupo publicará sus resultados en el Journal of Aircraft (diario de aeronaves).
Este arrastre reducido, de acuerdo a Wang, significa que el avión requeriría menos combustible para volar. También significa que el avión produciría una explosión sónica menos intensa.
“La explosión sónica es en realidad las ondas de choque creadas por los aviones supersónicos, propagada al suelo”, dice Wang. “Es como escuchar disparos. Es tan molesto que a los jets supersónicos no les estaba permitido volar cerca de la tierra”.
Duplica las alas, duplica la diversión
Con el diseño de Wang, un jet con dos alas – una posicionada encima de la otra – cancelaría las ondas de choque producidas de cualquiera de las alas sola. Wang le otorga el crédito al ingeniero alemán Adolf Busemann por el concepto original. En los años 50, Busemann presentó un diseño de biplano que esencialmente elimina las ondas de choque a velocidades supersónicas.
Normalmente, conforme un jet convencional se acerca a la velocidad del sonido, el aire comienza a comprimirse en el frente y en la parte de atrás del jet. Conforme el avión alcanza y supera la velocidad del sonido, o Mach 1, el incremento súbito en la presión del aire crea dos enormes ondas de choque que irradian a ambos extremos del avión, produciendo una explosión sónica.
Por medio de cálculos, Busemann encontró que un diseño de biplano podría esencialmente eliminar las ondas de choque. Cada ala del diseño, cuando se ve de lado, tiene la forma de un triángulo aplanado, con las alas superior e inferior apuntando una hacia la otra. La configuración, de acuerdo a sus cálculos, cancela las ondas de choque producidas por cada ala sola.
Sin embargo, al diseño le falta elevación: las dos alas crean un canal muy estrecho a través del cual solo una cantidad de aire limitada puede fluir. Cuando la transición a velocidades supersónicas, el canal, dice Wang, podría esencialmente “asfixiarse”, creando un arrastre increíble. Mientras que el diseño podría funcionar bellamente a velocidades supersónicas, no puede sobreponerse al arrastre para alcanzar dichas velocidades.
Elevando una teoría que sigue en tierra
Para lidiar con el asunto del arrastre, Wang, Hu y Jameson diseñaron un modelo de computadora para simular el rendimiento del biplano de Busemann a varias velocidades. A una velocidad dada, el modelo determinó la forma óptima de las alas para minimizar el arrastre. Los investigadores agregaron entonces los resultados de una docena de diferentes velocidades y 700 configuraciones de alas y obtuvieron una forma óptima para cada ala.
Encontraron que suavizar la superficie interna de cada ala ligeramente creaba un canal más amplio a través del cual pudiera fluir el aire. Los investigadores también encontraron que al elevar el borde superior del ala más alta, y la parte inferior del ala baja, el avión conceptual era capaz de volar a velocidades supersónicas, con la mitad del arrastre de los jets supersónicos convencionales como el Concorde. Wang dice que este tipo de rendimiento podría potencialmente cortar la cantidad de combustible requerido para volar el avión a más de la mitad.
“Si piensas al respecto, cuando despegas, no solo tienes que cargar a los pasajeros, sino también el combustible, y si puedes reducir el combustible quemado, puedes reducir cuanto combustible necesitas cargar, lo que a su vez reduce el tamaño de la estructura que necesitas para cargar el combustible”, dice Wang. “Es como una reacción en cadena”.
El próximo paso del equipo es diseñar un modelo tridimensional para tomar en consideración otros factores que afectan el vuelo. Mientras que los investigadores del MIT están buscando un diseño óptimo simple para el vuelo supersónico, Wang menciona que un grupo en Japón ha logrado progreso al diseñar un biplano como el de Busemann con partes movibles: Las alas esencialmente cambiarían de forma en medio del vuelo para alcanzar velocidades supersónicas.
“Ahora la gente tiene más ideas sobre como mejorar el diseño [de Busemann]”, dice Wang. “Esto puede llevar a una mejora dramática, y podría haber una explosión en el campo en los años venideros”.
“Hay muchos desafíos diseñando aeronaves supersónicas realistas, como el alto arrastre, motores eficientes y explosiones sónicas bajas”, dice Karthik Duraisamy, profesor asistente de aeronáutica y astronáutica en la Universidad de Stanford, quién no estuvo involucrado en la investigación. “La revista académica del doctor Wang presenta un primer paso importante hacia reducir el arrastre, y también está el potencial para afrontar los problemas estructurales”.
Reimpreso con permiso de MIT News.
Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)