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Jun 08, 2023

Boeing para construir apuntalado

Cuando quema tanto combustible como lo hace una aerolínea, una eficiencia de combustible de un solo dígito

Cuando quema tanto combustible como lo hace una aerolínea, un ajuste de eficiencia de combustible de un solo dígito se suma a ahorros masivos. Tomemos como ejemplo la película Aeroshark que reduce la resistencia aerodinámica que Swiss Airlines ha pegado en sus 12 Boeing 777: ofrece una ganancia de eficiencia del 1 % y, como resultado, en solo 12 aviones, Swiss espera usar 4.800 toneladas menos de combustible para aviones cada año, ahorrando casi medio millón de dólares por año, por avión a precios de hoy. Eso estaría más cerca de los 500 millones al año para un operador como American Airlines, acercándose a 1,000 aviones en su flota, a partir de una ganancia de eficiencia del 1%.

Así que puede ver cómo un avión de pasajeros un 30% más eficiente que las mejores máquinas de un solo pasillo de la actualidad podría ser un gran problema. Nos encontramos por primera vez con el concepto de diseño de "ala reforzada" de Boeing en 2010, como parte del concepto Volt "Subsonic Ultra Green Aircraft Research" (SUGAR) que diseñó como parte de un programa de investigación de la NASA.

La idea aprovecha la mayor sustentación y la menor resistencia que obtienes con alas más largas, delgadas y de alta relación de aspecto, del tipo que podrías encontrar en un planeador sin motor. Un concepto que Boeing estaba probando en 2016, por ejemplo, tenía alas un 50% más anchas que las de un avión estándar comparable.

Estructuralmente, ese tipo de cosas simplemente no funcionan sin refuerzo. Así que el diseño de Boeing cuelga las alas de la parte superior del fuselaje y las apuntala con largas vigas que salen de la panza del avión. Estos también son perfiles aerodinámicos cuidadosamente formados, que agregan elevación adicional, así como también fuerza y ​​estabilidad.

Como un concepto subsónico que navega a alrededor de Mach 0,70 a 0,75 (519 a 556 mph, 835 a 895 km/h), Boeing estimó que estos aviones de pasajeros de ala arriostrada podrían quemar un 50% menos de combustible que un avión normal. En 2019, el concepto se rediseñó para navegar al límite de la velocidad transónica, alrededor de Mach 0,8 (593 mph, 955 km/h), y ya sea por la velocidad adicional o simplemente por una mejor comprensión de la aerodinámica, Boeing ha caminado por el la eficiencia reclama de nuevo.

"Cuando se combina con los avances esperados en los sistemas de propulsión, los materiales y la arquitectura de los sistemas", se lee en un comunicado de prensa de Boeing, "un avión de pasillo único con una configuración TTBW podría reducir el consumo de combustible y las emisiones hasta en un 30 % en relación con el avión de pasillo único más eficiente de la actualidad". aviones, dependiendo de la misión".

Ha pasado mucho tiempo en el modelado digital y las pruebas de túnel de viento de subescala, pero la NASA ahora ha otorgado fondos a Boeing a través del acuerdo de la Ley Espacial SFD por una suma de $ 425 millones, que se sumarán a unos $ 725 millones de Boeing y varios otros socios comerciales, para realmente ir y construir la cosa a gran escala y hacer que se pruebe correctamente en vuelo.

La NASA dice que planea completar las pruebas en el avión de demostración Transonic Truss-Braced Wing "a fines de la década de 2020, para que las tecnologías y los diseños demostrados por el proyecto puedan informar las decisiones de la industria sobre la próxima generación de aviones de pasillo único que podrían entrar en servicio en la década de 2030".

Sin duda habrá desafíos. Para empezar, es posible que estas alas súper largas simplemente no encajen con las terminales o hangares de aeropuertos existentes. Boeing no ha dicho nada sobre el avión de demostración, pero en el concepto de 2019 habló de usar alas plegables para solucionar este problema en tierra.

Y luego está el hecho de que las alas enormes, gruesas y de menor relación de aspecto de los aviones estándar crean un espacio hueco perfecto para sus tanques de combustible. Mantener el combustible fuera de las alas coloca una gran cantidad de peso a lo ancho, más cerca del centro de sustentación, lo que reduce las tensiones de ingeniería donde las alas se encuentran con el cuerpo. Contribuye un poco a la seguridad en un choque, manteniendo el combustible quemado más lejos de los pasajeros. Y desde una perspectiva puramente tachonada, libera espacio en la cabina para asientos adicionales que generan dinero. El diseño reforzado con vigas utiliza alas tan delgadas que es probable que los tanques de combustible tengan que volver al fuselaje.

Por otro lado, Boeing dice que las alas arriostradas de montaje alto "eventualmente podrían acomodar sistemas de propulsión avanzados que están limitados por la falta de espacio debajo del ala en las configuraciones de aviones de ala baja de hoy en día", aunque este demostrador no probará nada sofisticado. nuevos motores de inmediato.

Y no hace falta decir que cualquier cosa que pueda llevar a los aviones más lejos con una determinada cantidad de energía tiene una relevancia excepcional para los esfuerzos de descarbonización. Baterías eléctricas, hidrógeno eléctrico, combustión de hidrógeno, amoníaco y otras tecnologías de tren motriz limpio están todas limitadas por cifras de rango más bajas que la energía de combustible de avión tradicional, y diseños como estos definitivamente podrían hacer una gran contribución.

Puede ver algunos de los trabajos de CFD (Dinámica de fluidos computacional) y del túnel de viento que se incluyeron en este diseño en el video a continuación, incluida una simulación de aleteo de aspecto bastante retorcido que nos hace sentir que los trenes podrían ser una muy buena opción.

Fuentes: NASA, Boeing