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Cuerpo de ala mezclada

Una representación del proyecto de avión con fuselaje de ala combinada de la Fuerza Aérea de EE. UU.

Un cuerpo de ala combinada ( BWB ), también conocido como cuerpo combinado , cuerpo de ala híbrida ( HWB ) o fuselaje de perfil aerodinámico sustentador , [1] es una aeronave de ala fija que no tiene una línea divisoria clara entre las alas y el cuerpo principal de la aeronave. [2] La aeronave tiene estructuras de ala y cuerpo distintas, que se combinan suavemente sin una línea divisoria clara. [3] Esto contrasta con un ala volante , que no tiene un fuselaje distintivo , y un cuerpo sustentador , que no tiene alas distintivas . Un diseño BWB puede o no tener cola .

La principal ventaja del BWB es la reducción del área mojada y la correspondiente resistencia aerodinámica asociada a una unión convencional entre el ala y el cuerpo. También se le puede dar un cuerpo con forma de perfil aerodinámico ancho , lo que permite que toda la aeronave genere sustentación y, por lo tanto, se reduce el tamaño y la resistencia aerodinámica de las alas.

La configuración BWB se utiliza tanto para aviones como para planeadores submarinos .

Historia

El concepto N3-X de la NASA

A principios de la década de 1920, Nicolas Woyevodsky desarrolló una teoría del BWB y, tras las pruebas en el túnel de viento, se construyó el Westland Dreadnought . En 1924, se detuvo en su primer vuelo, hiriendo gravemente al piloto, y el proyecto se canceló. La idea se propuso de nuevo a principios de la década de 1940 para un proyecto de avión de pasajeros Miles M.26 y se construyó el prototipo de investigación Miles M.30 "X Minor" para investigarlo. El prototipo de interceptor McDonnell XP-67 también voló en 1944, pero no cumplió con las expectativas. El Burnelli CBY-3 Loadmaster de 1944 era un diseño de ala combinada destinado a operaciones en el bosque canadiense. [4]

La NASA y McDonnell Douglas volvieron al concepto en la década de 1990 con un modelo estabilizado artificialmente de 17 pies (5,2 m) (escala del 6%) llamado BWB-17, construido por la Universidad de Stanford , que voló en 1997 y mostró buenas cualidades de manejo. [5] : 16  A partir de 2000, la NASA pasó a desarrollar un modelo de investigación controlado a distancia con una envergadura de 21 pies (6,4 m).

La NASA también ha explorado conjuntamente diseños BWB para el vehículo aéreo no tripulado Boeing X-48 . [6] Los estudios sugirieron que un avión de pasajeros BWB que transportara entre 450 y 800 pasajeros podría lograr ahorros de combustible de más del 20 por ciento. [5] : 21 

Airbus está estudiando un diseño BWB como posible sustituto de la familia A320neo . Un modelo a escala reducida voló por primera vez en junio de 2019 como parte del programa MAVERIC (Model Aircraft for Validation and Experimentation of Robust Innovative Controls), que Airbus espera que le ayude a reducir las emisiones de CO2 hasta en un 50% en relación con los niveles de 2005. [7]

El concepto N3-X de la NASA utiliza una serie de motores eléctricos superconductores para impulsar los ventiladores distribuidos y reducir el consumo de combustible, las emisiones y el ruido. La energía para impulsar estos ventiladores eléctricos se genera mediante dos generadores eléctricos superconductores impulsados ​​por turbinas de gas montados en las puntas de las alas. Esta idea para un posible avión futuro se denomina "cuerpo de ala híbrido" o, a veces, cuerpo de ala combinado. En este diseño, el ala se integra perfectamente en el cuerpo del avión, lo que lo hace extremadamente aerodinámico y promete grandes reducciones en el consumo de combustible, el ruido y las emisiones. La NASA desarrolla conceptos como estos para probarlos en simulaciones por computadora y como modelos en túneles de viento para demostrar si los posibles beneficios realmente se producirían. [ cita requerida ]

Década de 2020

En 2020, Airbus presentó un concepto BWB como parte de su iniciativa ZEROe y demostró un avión a pequeña escala. [8] [9] En 2022, Bombardier anunció su proyecto EcoJet. [9] [10] [ se necesita una mejor fuente ] En 2023, la startup californiana JetZero anunció su proyecto Z5, diseñado para transportar 250 pasajeros, apuntando a la categoría de nuevos aviones de mercado medio , esperando utilizar motores CFM International LEAP o Pratt & Whitney PW1000G de 35.000 lbf (160 kN) existentes. [11] [12] En agosto de 2023, la Fuerza Aérea de EE. UU. anunció un contrato de 235 millones de dólares adjudicado durante un período de cuatro años a JetZero, que culminará con el primer vuelo del demostrador a escala real en el primer trimestre de 2027. El objetivo del contrato es demostrar las capacidades de la tecnología BWB, dando al Departamento de Defensa y a la industria comercial más opciones para sus futuras plataformas aéreas. [13] [14]

Tras este desarrollo, JetZero ha recibido la autorización de la FAA para realizar vuelos de prueba de su Pathfinder, un avión de demostración de "alas combinadas" diseñado para reducir significativamente la resistencia aerodinámica y el consumo de combustible. Este diseño innovador podría reducir potencialmente las emisiones en un 50%. JetZero, cuyo desarrollo a gran escala está previsto para 2030, planea crear variantes para pasajeros, carga y uso militar. El proyecto enfrenta desafíos en materia de certificación e integración con las infraestructuras aeroportuarias actuales. [15]

Características

Los amplios espacios interiores creados por la combinación plantean nuevos desafíos estructurales. La NASA ha estado estudiando un revestimiento compuesto de fibra de carbono con tejido cosido y revestido con espuma para crear un espacio de cabina ininterrumpido. [16]

La forma BWB minimiza el área total mojada (la superficie del revestimiento de la aeronave), lo que reduce al mínimo la resistencia aerodinámica de la superficie . También crea un engrosamiento del área de la raíz del ala, lo que permite una estructura más eficiente y un peso reducido en comparación con una aeronave convencional. La NASA también planea integrar motores a reacción de relación de derivación ultraalta (UHB) con el cuerpo del ala híbrido. [17]

Un fuselaje tubular convencional transporta entre el 12 y el 13 % de la sustentación total , en comparación con el 31–43 % transportado por el fuselaje central en un BWB, donde una configuración de fuselaje de sustentación intermedia, más adecuada para aviones de pasajeros de fuselaje estrecho , transportaría entre el 25 y el 32 %, lo que supone un aumento del 6,1–8,2 % en la eficiencia del combustible . [18]

Espectro de conceptos de diseño de aeronaves. De izquierda a derecha: avión de pasajeros convencional ( Boeing 757 ), fuselaje de ala combinada ( B-1 Lancer ), ala volante con carenados abultados ( B-2 Spirit ) y ala volante casi limpia ( Northrop YB-49 ) y fuselaje sustentador ( M2-F1 ).

Ventajas potenciales

Posibles desventajas

Lista de aeronaves con fuselaje de ala mixta

El UAV BAT de Northrop en vuelo desde abajo

En la cultura popular

Ciencia populararte conceptual

Imagen del "Boeing 797" de Popular Science , 2003

En la edición de noviembre de 2003 de la revista Popular Science apareció una fotografía conceptual de un avión comercial con fuselaje de ala combinada . [30] Los artistas Neill Blomkamp y Simon van de Lagemaat de The Embassy Visual Effects crearon la fotografía para la revista utilizando un software de gráficos por ordenador para representar el futuro de la aviación y los viajes aéreos. [31] En 2006, la imagen se utilizó en un engaño por correo electrónico en el que se afirmaba que Boeing había desarrollado un avión de pasajeros de 1000 pasajeros (el "Boeing 797") con un "diseño radical de ala combinada" y Boeing refutó la afirmación. [32] [33] [34]

Véase también

Referencias

  1. ^ Wragg, David W. (1973). Diccionario de aviación (primera edición). Osprey. pág. 177. ISBN 978-0-85045-163-4.
  2. ^ ab Thomas, Russell H.; Burley, Casey L.; Olson, Erik D. (2010). "Evaluación del ruido del sistema de aeronaves con fuselaje de ala híbrida con experimentos aeroacústicos de fuselaje de propulsión" (PDF) . Consultado el 26 de enero de 2013 .PresentaciónArchivado el 16 de mayo de 2013 en Wayback Machine.
  3. ^ Crane, Dale. Diccionario de términos aeronáuticos, tercera edición . Newcastle, Washington: Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2 . pág. 224. 
  4. ^ Bridgman, Leonard, ed. (1947). Jane's all the World's Aircraft 1947. Londres: Sampson Low, Marston & Co., págs. 96c–97c.
  5. ^ ab Liebeck, RH (enero-febrero de 2004). "Diseño del transporte subsónico con fuselaje de ala combinada" (PDF) . Journal of Aircraft . 41 (1): 10–25. doi :10.2514/1.9084.
  6. ^ "Un vuelo hacia el futuro". Archivado el 4 de diciembre de 2012 en Wayback Machine. Boeing , 7 de agosto de 2012. Consultado: 23 de noviembre de 2012.
  7. ^ Reim, Garrett (11 de febrero de 2020). "Airbus estudia diseños de aviones de pasajeros con alas combinadas para reducir el consumo de combustible". Flight Global .
  8. ^ "Airbus presenta un nuevo concepto de avión con cero emisiones" (Nota de prensa). Airbus. 21 de septiembre de 2020.
  9. ^ de Kevin Michaels (1 de junio de 2023). "Opinión: por qué es hora de implementar un fuselaje de ala combinada". Semana de la aviación .
  10. ^ Verdon, Michael (30 de mayo de 2023). "El nuevo 'EcoJet' de ala combinada de Bombardier reduce las emisiones en un 50 % y pronto despegará". Robb Report .
  11. ^ ab Norris, Guy; Warwick, Graham (21 de abril de 2023). "JetZero presenta un plan de BWB para un avión de pasajeros de gama media y un avión cisterna de la Fuerza Aérea". aviationweek.com . Consultado el 17 de agosto de 2023 .
  12. ^ Roza, David (2 de mayo de 2023). "Mientras la USAF considera un avión cisterna con fuselaje de ala combinada, una nueva empresa revela su concepto". Revista de las Fuerzas Aéreas y Espaciales .
  13. ^ Marrow, Michael (16 de agosto de 2023). "La Fuerza Aérea elige a la startup JetZero para construir un demostrador de fuselaje con alas combinadas". breakingdefense.com . Consultado el 17 de agosto de 2023 .
  14. ^ Alcock, Charles (16 de agosto de 2023). «El avión de fuselaje de ala combinada de JetZero recibe un impulso gracias al contrato de la Fuerza Aérea de EE. UU.». futureflight.aero . Consultado el 17 de agosto de 2023 .
  15. ^ Prisco, Jacopo (4 de abril de 2024). "JetZero: el innovador avión de demostración de 'alas combinadas' recibió autorización para volar". CNN . Consultado el 14 de abril de 2024 .
  16. ^ Bullis, Kevin (24 de enero de 2013). "La NASA ha demostrado un avance en la fabricación que permitirá ampliar la escala de los aviones de alas híbridas". MIT Technology Review .
  17. ^ Braukus, Michael; Barnstorff, Kathy (7 de enero de 2013). "La investigación de la aviación ecológica de la NASA acelera hasta la segunda marcha". NASA . Consultado el 26 de enero de 2013 .
  18. ^ ab Warwick, Graham (22 de agosto de 2016). "Encontrar diseños ultraeficientes para aviones comerciales más pequeños". Semana de la aviación y tecnología espacial .
  19. ^ Warwick, Graham (21 de mayo de 2007). "Boeing trabaja con aerolíneas en un avión de carga comercial con fuselaje de ala mixta". Flight Global . Consultado el 12 de febrero de 2023 .
  20. ^ "Hoja de datos del cuerpo de ala combinada". NASA . Consultado el 17 de mayo de 2021 .
  21. ^ Finnerty, Ryan (12 de octubre de 2022). «La Fuerza Aérea de Estados Unidos probará aviones logísticos de ala combinada para 2027». Flight Global . Consultado el 12 de febrero de 2023 .
  22. ^ Warwick, Graham (12 de enero de 2013). "Escuche esto: ¡el BWB está en silencio!". Aviation Week .
  23. ^ Galea, ER; Filippidis, L.; Wang, Z.; Lawrence, PJ; Ewer, J. (2011). "Análisis de evacuación de configuraciones de aeronaves con fuselaje de ala combinada de más de 1000 asientos: simulaciones por computadora y experimento de evacuación a escala real". Dinámica de peatones y evacuación . págs. 151–61. doi :10.1007/978-1-4419-9725-8_14. ISBN 978-1-4419-9724-1.S2CID55673992  .​
  24. ^ Galea, Ed. "Análisis de evacuación de configuraciones de aeronaves de fuselaje con ala combinada de más de 1000 asientos". Evacmod (video) . Consultado el 25 de agosto de 2015 .
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  26. ^ ab Page, Mark (14 de septiembre de 2018). "Disrupción en un avión de pasillo único con un fuselaje de ala combinada de una sola cubierta" (PDF) . ICAS. Archivado (PDF) desde el original el 20 de diciembre de 2018.
  27. ^ abc "No esperen aviones comerciales BWB en el futuro próximo, dice el director de aviones del futuro de Boeing". Leeham News . 3 de abril de 2018.
  28. ^ "Airbus presenta su demostrador de avión de ala combinada". Airbus (Nota de prensa). Singapur. 11 de febrero de 2020. Consultado el 12 de febrero de 2023 .
  29. ^ Caroline Delbert (13 de febrero de 2020). "¿La gente volará en este avión de 'alas combinadas'? Airbus construyó un prototipo para averiguarlo". Popular Mechanics . Consultado el 12 de febrero de 2023 .
  30. ^ "El futuro del vuelo". Popular Science . Vol. 263, núm. 5. Bonnier Corporation. Noviembre de 2003. págs. 83–86.
  31. ^ "El vuelo del futuro: una galería del próximo siglo en la aviación". Popular Science . 2003-10-16 . Consultado el 2023-02-12 .
  32. ^ "El nuevo avión de pasajeros Boeing 797 gigante de "alas combinadas": ¡una ficción!". TruthOrFiction.com . 17 de marzo de 2015.
  33. ^ Christensen, Brett M. (19 de abril de 2012). "El engaño del Boeing 797". Hoax-Slayer . Archivado desde el original el 23 de abril de 2012.
  34. ^ Basilea, Randy. "Correo aéreo". Blogs de Boeing: Randy's Journal, 1 de noviembre de 2006. Consultado el 22 de noviembre de 2012.

Lectura adicional