Cuerpo de ala mezclada

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 .

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 ]}

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]

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 significativas de la carga útil en funciones de transporte aéreo estratégico , transporte aéreo de mercancías [ ^19] y reabastecimiento de combustible aéreo
• Mayor eficiencia de combustible : un 10,9 % mejor que un avión de fuselaje ancho convencional [ 18 ^] y más de un 20 % que un avión convencional comparable ^[20] . Un informe de la Fuerza Aérea de los EE. UU. de 2022 muestra que un BWB "aumenta la eficiencia aerodinámica en al menos un 30 % con respecto a los aviones cisterna y de movilidad de la fuerza aérea actuales". ^[21]
• Menos ruido: las simulaciones de audio de la NASA muestran una reducción de 15 dB en los aviones de la clase Boeing 777 , ^[22] mientras que otros estudios muestran una reducción de 22 a 42 dB por debajo del nivel de la Etapa 4 , según la configuración. ^[2]

• Evacuar un BWB en caso de emergencia puede ser un desafío. Debido a la forma del avión, la disposición de los asientos sería tipo teatro en lugar de tubular. Esto impone límites inherentes al número de puertas de salida. ^{[23] [24]}
• Se ha sugerido que los interiores del BWB no tendrían ventanas; ^[25] información más reciente muestra que las ventanas pueden estar ubicadas de manera diferente pero implican las mismas penalizaciones de peso que en un avión convencional. ^[26]
• Se ha sugerido que los pasajeros en los bordes de la cabina pueden sentirse incómodos durante el balanceo de las alas; ^[25] sin embargo, los pasajeros en aviones convencionales grandes como el 777 son igualmente susceptibles a dicho balanceo. ^[26]
• La caja del ala central debe ser alta para poder usarse como cabina de pasajeros, lo que requiere una envergadura mayor para equilibrarse. ^[27]
• Un BWB tiene más peso vacío para una carga útil determinada y puede no ser económico para misiones cortas de alrededor de cuatro horas o menos. ^[27]
• Una envergadura mayor puede ser incompatible con algunas infraestructuras aeroportuarias, requiriendo alas plegables similares a las del Boeing 777X .
• Es más costoso modificar el diseño para crear variantes de diferentes tamaños en comparación con un fuselaje y un ala convencionales que se pueden estirar o encoger fácilmente. ^[27]
• El control del paso y la capacidad de sustentación a baja velocidad han presentado desafíos para los diseños de alas combinadas. JetZero ha propuesto un diseño novedoso de tren de aterrizaje para abordar estos problemas para su concepto Z-5 BWB. ^[11]

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]}

• Aurora D8
• Avión a reacción Flying-V
• Lista de alas voladoras
• Cuerpo elevador
• Iniciativa de aeronaves silenciosas , un estudio de BWB

• Al Bowers (16 de septiembre de 2000). "Blended-wing-body: Design challenges for the 21st century" (Ala y cuerpo combinados: desafíos de diseño para el siglo XXI). The Wing is The Thing (El ala es lo importante) . Archivado desde el original el 1 de diciembre de 2002.
• V. Mukhopadhyay (abril de 2005). Diseño estructural de fuselaje de ala-cuerpo combinado (BWB) para reducción de peso (PDF) . 46.ª Conferencia sobre estructuras, dinámica estructural y materiales de la AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC. Servidor de informes técnicos de la NASA .
• «La nave de 'alas combinadas' supera las pruebas en el túnel de viento». New Scientist . 14 de noviembre de 2005.
• "'Aviones silenciosos': cómo funcionan". BBC . 6 de noviembre de 2006.
• R. Vos; FJJMM Geuskens; MFM Hoogreef (abril de 2012). "Un nuevo concepto de diseño estructural para cabinas de fuselaje de ala combinada". 53.ª Conferencia sobre estructuras, dinámica estructural y materiales de la AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC . Archivado desde el original el 22 de julio de 2018.
• Un concepto de carrocería de ala combinada. AVD20112012. 4 de mayo de 2012. Archivado desde el original el 2021-12-21 – vía YouTube.
• "X-48 Highlights". NASA . 18 de abril de 2013. Archivado desde el original el 8 de julio de 2017 . Consultado el 1 de febrero de 2011 .
• Jörg Fuchte; Till Pfeiffer; Pier Davide Ciampa; Björn Nagel; Volker Gollnick (septiembre de 2014). "Optimización del espacio de ingresos de un fuselaje de ala combinada" (PDF) . 29.° Congreso del Consejo Internacional de Ciencias Aeronáuticas (ICAS 2014) .