Volando hacia el futuro, ¿Qué sigue en el diseño de aeronaves?

Jim Scott, propietario de Artemis Aerospace, experto en soluciones de componentes de Gran Bretaña, plantea en esta nota los desafíos que enfrenta la industria del diseño de aviones comerciales para responder a los requerimientos de eficiencia y vuelos más verdes.

Desde que comenzó la era dorada de los viajes aéreos con el Comet 1A de 44 asientos de BOAC en 1952, el avión a reacción ha sido un elemento omnipresente en nuestros cielos que ha entusiasmado a los entusiastas y ha creado la comodidad y seguridad que trasciende otras formas de transporte.

Si bien algunas características fundamentales han cambiado desde la década de 1950, los motores a reacción han seguido mejorando en potencia y eficiencia con modificaciones realizadas en el fuselaje, las cubiertas de vuelo y los motores, entre otros ajustes esenciales.

De hecho, dos de los aviones en funcionamiento más populares y de más larga data, el 737 de Boeing y el A320 de Airbus, han pasado por muchas variantes desde que se lanzaron en las décadas de 1960 y 1980, respectivamente. Sin embargo, el concepto básico sigue siendo el mismo: proporcionar viajes aéreos seguros y económicos.

La eficiencia ha sido un factor clave en los esfuerzos constantes para mejorar y actualizar las aeronaves. Los motores de emisiones más bajas, la aerodinámica mejorada y un aumento en los materiales compuestos han sido fundamentales en esta búsqueda, ayudando a reducir el consumo de combustible y aumentar la eficiencia.

Es probable que continúen las mejoras en la eficiencia en el futuro cercano. Por ejemplo, el último avión de Boeing, el 777X, ha utilizado tecnología de ventilador compuesto, construcción de alas compuestas y puntas de alas plegables para contrarrestar los ajustes de diseño necesarios que han significado que el motor y las alas del avión hayan aumentado considerablemente de tamaño.

Sin embargo, mientras que el tamaño del motor y el diseño del ala están marcando la diferencia en la creación de aeronaves más económicas, se requerirán cambios más radicales en lo que respecta a la propulsión de los aviones.

La aviación ahora se está moviendo hacia una era de fuentes de energía renovable con tecnología de biocombustibles, hidrógeno y baterías que se está explorando y desarrollando.

Los vuelos comerciales actualmente representan aproximadamente el 2% de las emisiones globales de carbono y alrededor del 12% de las emisiones del transporte, según datos del Air Transport Action Group. El objetivo de la industria de la aviación es reducir esto a la mitad para 2050.

En su forma actual, los biocombustibles ya están en uso y se mezclan con combustible para aviones tradicional en una proporción de hasta 50/50, el máximo permitido según las especificaciones de combustible actuales. Sin embargo, Boeing ya se ha comprometido a fabricar aviones que vuelen con un 100 % de biocombustible para 2030 y la empresa incluso realizó el primer vuelo comercial en 2018 utilizando un 100 % de biocombustible en un carguero FedEx Corp 777. El próximo desafío será el suministro. Se necesita un desarrollo significativo del mercado para ofrecer los niveles requeridos por la industria de la aviación si se quieren cumplir los objetivos de combustibles de aviación sostenibles (SAF).

Los aviones a batería también están progresando. Ya en 2010, la empresa suiza Solar Impulse construyó un avión eléctrico que podía funcionar con energía solar durante un vuelo de prueba de 26 horas.

Airbus también se embarcó en su viaje de electrificación en el mismo año, comprometiéndose a desarrollar el primer avión acrobático de cuatro motores totalmente eléctrico del mundo, CriCri. Desde entonces, el fabricante, en asociación con Siemens y Rolls-Royce, ha logrado un progreso significativo y lanzó su E-Fan X, un avión de demostración híbrido-eléctrico, en 2017.

De hecho, es probable, dadas las complejidades de electrificar aviones a corto y mediano plazo, que los aviones híbridos tengan más probabilidades de convertirse en la corriente principal.

El hidrógeno está siendo aclamado como un camino importante para crear aviones de cero emisiones. Ya sea que se use para alimentar una celda de combustible o se queme directamente, el único producto de desecho es el agua limpia. Aún más importante, el hidrógeno ofrece tres veces más energía por unidad de masa que el combustible para aviones convencional y más de cien veces más que las baterías de iones de litio. Los gobiernos y las empresas ahora están invirtiendo en este potencial.

En abril de 2021, el Piper M-Class de seis plazas de la empresa emergente ZeroAvia, con sede en California, despegó del aeropuerto de Cranfield en el Reino Unido. Con el apoyo del gobierno del Reino Unido, este vuelo inaugural desencadenó las siguientes etapas en el viaje hacia la aviación con cero emisiones de carbono.

En septiembre de 2020, Airbus anunció su proyecto ZeroE, presentando tres aviones conceptuales que pretende tener listos para su lanzamiento en 2035.

Sin embargo, aún quedan dudas sobre la viabilidad del hidrógeno. Si bien el hidrógeno ofrece más energía por unidad de masa, la densidad de energía del hidrógeno líquido es solo alrededor de una cuarta parte de la del combustible para aviones, lo que significa que para producir la misma cantidad de energía necesita un tanque de almacenamiento cuatro veces más grande. Claramente, esto tiene consecuencias para el diseño de la aeronave y la capacidad de pasajeros, afectando en última instancia la viabilidad comercial de dicha aeronave.

Según el Grupo de Acción de Transporte Aéreo, el escenario más probable es que el uso directo de hidrógeno será marginal y los SAF cambiarán las reglas del juego en la “misión de cero emisiones”.

El futuro de la cabina de vuelo
El diseño de aviónica de próxima generación se orienta cada vez más hacia IoT (Internet de las cosas). En noviembre de 2021, Honeywell presentó Anthem, una cabina de vuelo revolucionaria y totalmente integrada que se construyó teniendo en cuenta la conectividad avanzada.

Anthem presenta opciones de personalización ampliadas para OEM, controles táctiles intuitivos e indicaciones inteligentes, así como capacidades mejoradas de gestión de flotas a través de análisis de datos en cualquier momento y lugar.

La seguridad también está en el corazón del diseño de Anthem. Por ejemplo, su función de apagado del motor guiará automáticamente a los pilotos al aeropuerto más cercano, teniendo en cuenta importantes factores diferenciadores como el terreno y el viento. Mientras tanto, su asistencia de aterrizaje brindará ayuda en caso de un problema médico del piloto, ofreciendo guía de ruta a un aeropuerto antes de cambiar al control de piloto a 200 pies de la línea central.

Aviones sin piloto
Los sistemas de piloto automático existentes son perfectamente capaces de volar aviones desde el despegue hasta el aterrizaje. Sin embargo, es poco probable que alguna vez sea una opción popular para los aviones de pasajeros, especialmente en caso de una emergencia.

A pesar de esto, los aviones sin piloto podrían ahorrar a las aerolíneas 35.000 millones de dólares al año. La escasez de pilotos también está causando grandes desafíos, particularmente porque muchos pilotos fueron suspendidos o se redundaron durante la pandemia.

Airbus ha dicho que la tecnología para operar aviones autónomos de forma segura ya existe. Sin embargo, introducirlo en las flotas comerciales depende de los reguladores y de la reacción de los pasajeros.

Sin pilotos in situ, ¿quién a bordo hará la llamada sobre aterrizajes de emergencia debido a emergencias médicas o pasajeros disruptivos?

Volando en el futuro
Los avances en innovación deben ir de la mano de la viabilidad comercial. Si bien abordar las emisiones de carbono es extremadamente importante, no se puede pasar por alto satisfacer el deseo de las personas de viajar y comprar bienes.

El número de pasajeros seguirá aumentando y es poco probable que la pasión por todo lo que está en línea disminuya en el corto plazo, lo que hace que el transporte de mercancías y la logística sean una parte importante y en constante crecimiento del ecosistema de la aviación.

En cuanto al futuro, la industria de la aviación está comenzando a ver cómo puede abordar los desafíos que enfrentan los entornos urbanos, como la congestión del tráfico. Por ejemplo, el Lilium Jet de propulsión eléctrica de Munich, un taxi aéreo de cinco plazas con la capacidad de despegar y aterrizar verticalmente. Se piensa que podría empezar a operar ya en 2025, recogiendo pasajeros desde los tejados.

Cualquiera que sea la perspectiva, la aviación se mantiene a la vanguardia del diseño innovador y que invita a la reflexión que inspira e impulsa la ingeniería hacia adelante. Lo que no se puede negar es que el perfil majestuoso y la elegante belleza del avión a reacción comercial actual es uno de los logros de ingeniería más reverenciados y respetados de la humanidad.

Fuente: https://travelindustrytoday.com