NASA Otro paso hacia la mejora de la eficiencia del combustible de los futuros aviones comerciales, un Tecnología de flujo de alas Los estudios sugieren que el consumo de combustible se puede reducir en un 10% en aviones más grandes.
Los ingenieros del Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA en California han completado una prueba de taxi de alta velocidad del concepto de flujo laminar natural atenuado por flujo cruzado (CATNLF) utilizando un avión de investigación F-15B como laboratorio de vuelo.
Estudios computacionales anteriores de la NASA indican que si se aplica con éxito a un avión de fuselaje ancho como el Boeing 777, la tecnología podría generar millones de dólares en ahorros anuales de combustible por avión.
La NASA ha alcanzado un hito importante en la tecnología de alas de reducción de resistencia
La prueba de taxi se realizó el 12 de enero. F-15 modificado Al alcanzar velocidades de aproximadamente 144 mph, este es el primer hito operativo importante para el programa CATNLF.
El avión tenía una estructura experimental de 3 pies de altura montada debajo de su fuselaje, visualmente similar a una aleta ventral pero que en realidad representaba un modelo a escala orientado verticalmente de un ala en flecha.
La NASA eligió esta configuración poco convencional para permitir que el diseño del ala se pruebe en vuelo sin el costo y la complejidad de modificar todo el ala del avión o desarrollar un demostrador a medida.
Un modelo instalado verticalmente es comparable a las condiciones de flujo de aire que encuentra un ala horizontal convencional en crucero.
Cómo la NASA pretende ampliar el flujo laminar en las alas barridas de aviones comerciales
El concepto CATNLF se centra en mejorar el flujo laminar sobre una gran parte de la superficie del ala.
El flujo laminar describe el movimiento suave y ordenado del aire cerca del revestimiento de un avión. Cuando este flujo se descompone en turbulencia, la resistencia por fricción aumenta bruscamente, aumentando el consumo de combustible.
Aunque el flujo laminar se ha estudiado y aplicado en la aviación durante décadas, su uso en grandes aviones comerciales ha sido restringido.
Los aviones modernos dependen de alas en flecha para lograr eficiencia aerodinámica en crucero, pero estas geometrías son propensas a efectos de «flujo cruzado» que desestabilizan el flujo de aire suave y desencadenan una transición temprana a la turbulencia.
CATNLF aborda este desafío diseñando aletas refinadas con el objetivo de suprimir el movimiento de flujo cruzado, mantener el flujo laminar y reducir la resistencia general.
Los modelos de la NASA sugieren un ahorro de combustible del 10% para aviones de fuselaje ancho
Entre 2014 y 2017, la NASA llevó a cabo una serie de estudios computacionales para evaluar el impacto potencial del CATNLF en aviones comerciales. Esos análisis indicaron que se podrían lograr reducciones en el consumo de combustible cercanas al 10% en aviones gemelos de largo alcance.
La NASA advierte que, si bien el desempeño en el mundo real sólo puede confirmarse mediante pruebas, incluso partes modestas de la mejora representan un importante paso adelante para las aerolíneas que enfrentan costos crecientes de combustible y objetivos de emisiones cada vez más estrictos.
Desde pruebas en túnel de viento hasta experimentos de vuelo del ala de flujo laminar de la NASA
Alentados por trabajos anteriores, los investigadores de la NASA validaron el concepto en una campaña de túnel de viento de 2018 en el Centro de Investigación Langley de la agencia en Virginia. Esas pruebas confirmaron que la geometría CATNLF puede sostener regiones extendidas de flujo laminar en condiciones controladas.
La fase actual traslada la tecnología a un entorno representativo de las aeronaves, donde la turbulencia atmosférica es menor que en los túneles de viento y los efectos de escala se pueden explorar de manera más efectiva.
La NASA dice que el programa del banco de pruebas F-15B proporciona los márgenes de rendimiento necesarios al tiempo que reduce significativamente los costos del programa en comparación con enfoques alternativos.
La NASA apunta a aumentar la eficiencia de los vuelos comerciales subsónicos
Por ahora, el programa está dirigido a aviones comerciales subsónicos.
Aunque el CATNLF está optimizado para vuelos subsónicos, la NASA señala que estudios anteriores pueden eventualmente adaptar principios similares a futuros diseños supersónicos, ampliando la aplicabilidad potencial de la investigación.
Próximos pasos mientras la NASA se prepara para la prueba de vuelo CATNLF
Una vez completadas las pruebas de rodaje, la NASA planea comenzar una serie de vuelos iniciales para evaluar el comportamiento aerodinámico del modelo CATNLF en el aire.
Estas pruebas recopilan datos sobre el rango de flujo laminar, la estabilidad y la sensibilidad a las condiciones de funcionamiento.
«Después de los resultados positivos en las pruebas en el túnel de viento, la NASA vio suficiente promesa en la tecnología para avanzar hacia las pruebas de vuelo», dijo Mitchell Banchy, investigador principal de CATNLF en Langley.
«Las pruebas de vuelo nos permiten aumentar el tamaño del modelo y volarlo en el aire con menos turbulencia que en un túnel de viento, lo que lo convierte en un excelente tema para estudiar el flujo laminar».
Aunque todavía se encuentra en una etapa relativamente temprana de desarrollo, el CATNLF ilustra cómo las innovaciones aerodinámicas específicas pueden generar beneficios desproporcionadamente grandes.
Si la tecnología resulta viable a escala, será parte de un programa más amplio de medidas para crear la próxima generación de aviones comerciales de bajo consumo de combustible.
«Incluso pequeñas mejoras en la eficiencia pueden sumar reducciones significativas en el consumo de combustible y las emisiones de las aerolíneas comerciales», dijo Mike Frederick, investigador principal de CATNLF en el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA en Edwards, California.
Imagen de portada: NASA/Christopher LC Clark
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