Alas arriostradas de gran alargamiento: X-66, el nuevo avión experimental de la NASA

Ya sabéis que en la aviación se han dado las carreras del más rápido, más alto, más lejos. Después vino la de más gente/más carga. Y en los últimos años hemos venido hablando del más verde.

Y en Estados Unidos, Boeing y la NASA están trabajando desde hace tiempo en los aviones de las próximas generaciones, y el que parecía que iba a llevar las de ganar era el avión transónico con alas de gran alargamiento arriostradas, que tanto recuerda a los diseños de Hurel-Dublois.

Y, hoy, por fin, después de haberlo visto probar en túnel de viento y haber protagonizado muchas notas de prensa, y después de que en enero nos aseguraran de que se iba a construir el prototipo, hemos conocido el nombre con el que construirá la NASA este avión experimental: X-66.

Como hemos hablado mucho de este diseño lo resumimos, podéis ampliar la información en los enlaces que hemos dejado párrafos atrás:

La idea es crear un avión que tenga muy baja resistencia aerodinámica. Para ello se apuesta por unas alas de muy alto alargamiento (la relación de la envergadura al cuadrado y la superficie alar, que nos da un índice que mide cómo de larga es el ala respecto a su ancho). Pero para hacer este tipo de ala con una estructura en voladizo, sería necesario un encastre y una estructura alar muy pesados. ¿Solución? recuperar el diseño de Hurel-Dubois, con riostras carenadas que doblan su función como pequeñas alas.

Y, ahora, vamos a por la nota de prensa.

El avión experimental de próxima generación se convierte en el X-Plane más nuevo de la NASA

La NASA y Boeing han anunciado que la aeronave producida a través del proyecto de demostración de vuelo sostenible de la agencia ha sido designada por la Fuerza Aérea de EE. UU. como X-66A.

El nuevo avión experimentla busca ensayar una posible nueva generación de aviones de pasillo único más sostenibles, el caballo de batalla de las aerolíneas de pasajeros de todo el mundo. En colaboración con la NASA, Boeing construirá, probará y volará un avión de demostración a gran escala con alas extra largas y delgadas estabilizadas por puntales, conocido como concepto Transonic Truss-Braced Wing.

“En la NASA, nuestros ojos no solo se centran en las estrellas, sino que también se fijan en el cielo. El Demostrador de Vuelo Sostenible se basa en los esfuerzos líderes mundiales de la NASA en aeronáutica y clima. El X-66A ayudará a dar forma al futuro de la aviación, una nueva era en la que los aviones serán más ecológicos, limpios y silenciosos, y creará nuevas posibilidades tanto para el público aeronáutico como para la industria estadounidense”.

administrador de la NASA, Bill Nelson

El X-66A es el primer avión X enfocado específicamente en ayudar a los Estados Unidos a lograr el objetivo de cero emisiones netas de gases de efecto invernadero de la aviación, que se articuló en el Plan de Acción Climática de la Aviación de los Estados Unidos de la Casa Blanca.

“Para alcanzar nuestro objetivo de cero emisiones netas de la aviación para 2050, necesitamos conceptos de aviones transformadores como los que estamos volando en el X-66A. Con este avión experimental, apuntamos alto para demostrar los tipos de tecnologías de ahorro de energía y reducción de emisiones que necesita la industria de la aviación”.

Bob Pearce, administrador asociado de la Dirección de Misiones de Investigación Aeronáutica de la NASA

La NASA y Boeing buscaron la designación del avión X poco después de que la agencia anunciara el premio del proyecto Demostración de Vuelo Sostenible a principios de este año. La Fuerza Aérea otorga el estado de X-plane a los programas de desarrollo que se proponen crear configuraciones revolucionarias de aeronaves experimentales. La designación es para aviones de investigación. Con pocas excepciones, los aviones X están destinados a probar diseños y tecnologías que pueden adoptarse en otros diseños de aeronaves, no sirven como prototipos para la producción completa.

“Estamos increíblemente orgullosos de esta designación, porque significa que el X-66A será el próximo de una larga lista de aeronaves experimentales utilizadas para validar diseños innovadores que han transformado la aviación. Con los aprendizajes obtenidos del diseño, la construcción y las pruebas de vuelo, tendremos la oportunidad de dar forma al futuro del vuelo y contribuir a la descarbonización de la industria aeroespacial”.

Todd Citron, director de tecnología de Boeing

Para el X-66A, la Fuerza Aérea proporcionó la designación de una aeronave que valida tecnologías para una configuración TTBW que, cuando se combina con otros avances en sistemas de propulsión, materiales y arquitectura de sistemas, podría resultar en hasta un 30 % menos consumo de combustible y emisiones reducidas en comparación con el mejor avión de su clase actual.

Debido a su uso intensivo, los aviones de pasillo único representan hoy en día casi la mitad de las emisiones de la aviación en todo el mundo. La creación de diseños y tecnologías para una versión más sostenible de este tipo de avión tiene el potencial de tener un profundo impacto en las emisiones.

La historia de la NASA con la designación del avión X se remonta a la década de 1940, cuando su agencia predecesora, el Comité Asesor Nacional para la Aeronáutica (NACA), creó conjuntamente un programa de aviones experimentales con la Fuerza Aérea y la Marina de los EE. UU. El X-66A es el último de una larga línea de aviones X de la NASA. Además, el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA en Edwards, California, ha brindado experiencia técnica y apoyo para varios aviones X adicionales.

Para el Demostrador de Vuelo Sostenible, la NASA tiene un Acuerdo de Ley Espacial Financiada con Boeing a través del cual la agencia invertirá $ 425 millones durante siete años, mientras que la compañía y sus socios contribuirán con el resto de los fondos, estimados en alrededor de $ 725 millones. La NASA también contribuirá con experiencia técnica e instalaciones.

El proyecto Demostrador de Vuelo Sostenible es una actividad del Programa de Sistemas de Aviación Integrados de la NASA y un elemento clave de la Asociación Nacional de Vuelo Sostenible de la agencia, que se centra en el desarrollo de nuevas tecnologías de aviación sostenibles.

Obtenga más información sobre el Demostrador de Vuelo Sostenible aquí.

[Vídeo] Cub-Crafters presenta sus slats soplados por motores eléctricos

Los más fieles seguidores ya saben cómo funciona un ala, cómo entra en pérdida, y cómo funciona un hipersustentador, así que haremos un breve resumen.

Para que el ala funcione necesitamos que el flujo de aire se adhiera a la superficie. Si se desprende, el ala entra en pérdida. Además el ala vuela porque se genera una circulación entorno a la misma, así que si soplamos el aire sobre el ala para aumentar esa circulación, hacemos aumentar la sustentación.

Los slats normales simplemente permiten que el aire pase del intradós (parte inferior del ala) al extradós (la superior), soplando la capa límite y haciendo que no se desprenda, y así retrasar la entrada en pérdida.

Los slats, que han llamado Electric Lift Augmenting Slats (ELAS) , que presenta Cub Crafters no sólo permiten eso, sino que además al tener muchos pequeños motores eléctricos distribuidos a lo largo de su envergadura permiten acelerar el aire y por tanto aumentar la circulación, y por ello la sustentación.

Dicen desde Cub Crafters que esta solución permite multiplicar el coeficiente de sustentación por un factor que varía entre 1.5 y 4.

Como inconveniente, aumenta la resistencia de la aeronave. Sería interesante saber si durante el curcero permanecen en funcionamient, formando así parte de un sistema de propulsión eléctrica distribuida más el motor convencional, y el efecto que tiene sobre el consumo, tal vez al soplar la capa limite de forma constante se necesite menos potencia para volar y se contrarreste el exceso de resistencia con un menor consumo. Pero esto tan solo es una hipótesis, sería interesante estudiar más a fondo las prestaciones del avión con este dispositivo.

No es la primera empresa que recurre a soplar la capa límite desde el borde, y ya sabemos que puede hacer que un avión del tamaño de un 737 despegue como una Storch. También podemos recordar por ejemplo el Catalina Cuatrimotor, el Antonov An-2 con nueve motores, las Cessnas con soplado de la capa límite, el nuevo avión de DARPA y otros sistemas que energizan la capa límite, como los aviones con propulsión distribuida, o el turbo-wing, que fuerza la circulación desde el flap en lugar desde el slat.

Imagen de la patente
Imagen de la patente
Imagen de la patente

En cualquier caso, estamos deseando ver vídeos de los aviones de Cub Crafter utilizando este dispositivo para realizar espectaculares tomas y despegues ultra cortos.

ELAS según Carbon Crafters

Electric Lift Augmenting Slats (ELAS) es el resultado de combinar slats de vanguardia y una serie hélices entubadas eléctricas (electric ducted fans o EDF) que aceleran el aire en el intersticio entre el slat y el perfil aerodinámico del ala.

El concepto ELAS proporciona: impulso eléctrico similar a los JATO (Jet Assisted Takeoff) en el despegue y el ascenso, reducción de la velocidad de descenso y aterrizaje, ángulos de aproximación más pronunciados y mejores márgenes y prestaciones a baja velocidad.

ELAS puede agregarse a una existente (retrofits) o incorporarse a un diseño nuevo. Incluso se puede diseñar como retráctil cuando no está en uso.

En lugar de que los EDF se usen únicamente para agregar empuje, como los conceptos habituales de propulsión distribuida, ELAS también proporciona un aumento dramático en la sustentación al aumentar la velocidad del aire sobre la superficie superior del ala, una forma de hiper sustentador de soplado de capa límite.

Este diseño, que combina un slat clásico con el concepto de propulsión distintos distribuida y energizado de la capa límite con el flujo de los motores, se basa en anteriores diseños de probada eficacia, como el ala de acanalada Custer, aviones como los Boeing YC-14 y NASA QSRA y los últimos avances de propulsión distribuida.

Además, ELAS puede proporcionar un mejor control de aeronaves a baja velocidad a través del aumento de la sustentación máxima y el ángulo de pérdida, y la distribución de potencia diferencial. El control de la distribución de energía tiene el potencial de reducir la pérdida de control (LoC) durante los períodos críticos de baja velocidad y brindar mejores cualidades de manejo durante las ráfagas.

Ventajas…

  • Las aeronaves pequeñas equipadas con ELAS pueden despegar y aproximarse/aterrizar con perfiles similares a los de un helicóptero.
  • Se puede instalar en vuna aeronave existente o integrarse en aeronaves de nuevo diseño
  • Costos recurrentes y de adquisición más bajos que eVTOL
  • Ente un 50% -100% más de alcance y con más carga útil que eVTOL comparable.
  • No se requiere tecnología de baterías de última generación
  • Utiliza teología lista para usar.

Bombardier finaliza la primera fase de ensayos de su Blended Wing Body «EcoJet», y anuncia un segundo prototipo

Desde hace un tiempo venimos siguiendo este desarrollo de Bombardier, llamado EcoJet, un Blended Wing Body, o BWB.

Bombardier comenzó sus investigaciones en 2018. Y ha terminado la campaña de ensayos con su primer prototipo a escala pequeña, y anuncia ya una segunda campaña de ensayos con una aeronave dos veces más grande.

No es el primer constructor que se apunta a este concepto, aunque sí es el primero que lo propone como reactor de negocios en lugar de como avión de pasajeros.

Con el EcoJet, Bombardier pretende probar distintas soluciones que reduzcan el consumo, con la participación de las universidades y actores industriales canadienses.

Esta configuración reduce mucho la resistencia, y por tanto el consumo. Y Bombardier pretende ensayar la propulsión híbrida con él. Rechazan la idea de la aviación eléctirca pura por el consabido problema de densidad energética de las baterías.

La posición de los motores, si bien tradicional en los reactores de negocios, tiene varias ventajas, como poder intercambiar con relativa facilidad el tipo de motor sin gran impacto en la estructura, o poder jugar con el concepto de ingestión de la capa límite para reducir más la resistencia.

Esperan, con el estudio de este demostrador, definir el avión de negocios del futuro.

La transición a unos aviones de bajas emisiones de CO₂ esperan lograrla basándose en cuatro puntos.

  • Tecnología: nuevas configuraciones de la aeronave, la introducción del hidrógeno y del combustible sostenible para aviación (SAF), la propulsión híbrida o el reciclaje.
  • Operaciones e infraestructura: no todas las mejoras pueden realizarse en las aeronaves. Se pueden realizar muchas mejoras en la forma de operar las aeronaves así como en las infraestructuras donde operan o con las que se le dan apoyo. Las innovaciones en los aeropuertos, en las rutas, en el mantenimiento y el servicio de las aeronaves se ensayaran en las nuevas instalaciones de Bombardier de Toronto Pearson International Airport, Mississauga.
  • SAF: Bombardier está trabajando en la implementación de este tipo de combustibles.
  • Medidas basadas en el Mercado de emisiones.

Nuevo avión X de Darpa: X-65 Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effectors (CRANE)

DARPA ha presentado en sus redes sociales su nuevo avión experimental, que han llamado X-65 CRANE, el mismo que anunció en enero que lo construiría Aurora.

El programa Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effectors (CRANE) tiene como objetivo diseñar, construir y probar en vuelo un novedoso avión experimental que elimine el control mediante superficies aerodinámicas tradicionales y lo cambie por uno basado en control activo del flujo sobre las superficies mediante soplado, Active Flow Control (AFC).

El control de flujo activo podría mejorar el rendimiento de la aeronave al eliminar las superficies articuladas, que actualmente sirven para controlar el avión, pero que aumentan el peso y la complejidad mecánica.

Eliminar las superficies de control móviles supone varias ventajas. Por un lado, reducir el peso de la aeronave, por la eliminación directa de todas las articulaciones. Por otro lado, porque el uso del AFC para el control de la aeronave hace que las superficies aerodinámicas puedan ser más pequeñas.

Y, si no hay superficies móviles, ¿cómo controlamos el avión? Llegado este caso no está de más recordar las entradas de cómo vuelan los aviones, y la de los hipersustentadores. En resumen, recordaremos que el ala genera sustentación gracias a que la circulación que se genera entorno al perfil hace que el aire que pasa por la parte superior del ala vaya más rápido que el que va por debajo, y eso causa que la presión sobre el ala sea menor que bajo él y por tanto la resultante de fuerzas permita elevar el avión.

La sustentación generada por el perfil aerodinámico depende de la propia curvatura del perfil, del ángulo de ataque de este y de la velocidad relativa de éste respecto al aire, ademas de la densidad del aire. Las superficies de control clásicas actúan sobre la curvatura del perfil, mediante articulaciones. Al variar la incidencia de la superficie de control, o al retorcer el ala como hacían en los primeros aviones mediante su torsión, cambiamos la curvatura del perfil y por tanto hacemos que un semi-ala sustente más que el otro, en el caso de los alerones, induciendo el alabeo; o que el empenaje vertical sustente en una dirección o en la contraria. Algunos de los intentos de eliminar las articulaciones, como el morphing, pretende mantener el sistema de cambiar la geometría del perfil, pero recurriendo a la flexibilidad de los materiales, en lugar de a articulaciones mecánicas.

¿Y si en vez de actuar sobre la curvatura del perfil actuáramos directamente sobre la velocidad relativa de éste con el aire? Como la sustentación depende de la velocidad relativa aire-perfil aerodinámico, ¿qué ocurre si soplamos localmente aire sobre una superfice y no sobre la otra? Pues que esa superficie sustentará más que la otra, permitiendo de este modo generar alabeos, virajes… sin necesidad de modificar la geometríad del perfil. Esto permitiría eliminar las articulaciones de los alerones, timonesy flaps, y reemplazarlos por superficies más pequeñas, menos pesadas, menos complejas de mantener, manteniendo e incluso incrementando la maniobrabilidad.

El control activo del flujo se llamaba antes control de la capa límite, lo habrán renombrado para no sonar demasiado vintage

El contrato incluye una opción de Fase 3 en la que DARPA tiene la intención de volar un avión de 7,000 libras (3180kg). Una de las principales características de la aeronave será la implementación de alas modulares, lo que permitirá probar distintas soluciones para encontrar la óptima.

En mayo de 2023, el avión recibió su designación oficial como X-65.

¿Veremos este tipo de control en el futuro caza estadounidense?

Este tipo de controles se ha ensayado en más ocasiones. Algunos de los ejemplos más recientes son el EcoDemonstrator, de NASA y Boeing, modificando el empenaje vertical de un B757; BAe System lo puso a prueba con su FLAVIIR, que evolucionó en su demostrador MAGMA, que se puede ver en vuelo aquí. Un caso extremo de aplicación de este sistema podría ser la eliminación de los flaps para sustituirlos por Turbo Wings.

Fuentes

¿Volaremos en motoveleros remolcados por aviones eléctricos para ahorrar combustible?

Hemos visto muchas propuestas extrañas para reducir el consumo de combustible en la aviación, pero esta es de las más curiosas. Básicamente se trata de volar en un motovelero con un planeo asistido por el motor y estaciones con aviones remolcadores, no tripulados, que dan algo más de energía al avión para aumentar su alcance, sin necesidad de virar térmicas con todos los pasajeros a bordo.

Un moto-velero (TMG o Touring Motor Glider, en inglés) es un planeador que puede despegar por sus propios medios, normalmente con un motor con muy poca potencia, gracias a su gran envergadura. Una vez en el aire puede volar en crucero como un avión con motor, o apagar su motor, abanderar la hélice (o incluso guardar la hélice dentro del fuselaje), y volar planeando, o cogiendo térmicas virando en ellas, o a ladera… o utilizar una técnica conocida como planeo asistido con el motor o PAS (Powered Assisted Soaring). Lo que hace el piloto en este planeo es utilizar la potencia mínima necesaria para lograr un planeo con tasa de descenso casi cero, muy suave. De este modo se pueden realizar grandes distancias con una potencia, y por tanto consumo, mínimos. [Nota: si alguno tiene interñes en conocer más sobre este tipo de vuelo, le recomendamos comenzar por este artículo, y luego ya realizar búsquedas en internet o preguntar en el aeroclub más cercano].

Pues este es, precisamente, el tipo de vuelo que propone Magpie Aviation. Un avión regional, tamaño ATR-72 que pueda despegar por sus propios medios, y que una vez en crucero utilice el PAS para realizar el vuelo de crucero. Eso sí, llegado el momento de tener que dar más potencia para no perder más altura y poder incrementar así el alcance, proponen la participación de una segunda aeronave, un remolcador eléctrico no tripulado.

De este modo, y a lo largo de las principales rutas comerciales regionales, se utilizarían los pequeños aeródromos locales para alojar estos remolcadores, que de forma autónoma subirían hasta el avión de aerolínea, se engancharían a él y lo remolcarían.

Según Magpie, los costes operacionales serían un poco mayores que los de un ATR-72, pero inferiores a utilizar SAF o hidrógeno.

De momento, ya se ha realizado un ensayo de vuelo remolcado autónomo con éxito, el pasado mes de marzo de 2023.

La tecnología de conexión automatica simplifica la vida del piloto. Conectarse al Active Hook estabilizado es mucho más fácil que el reabastecimiento aéreo de «sonda y cesta» que se usa en el ejército y que requiere una cantidad considerable de pericia por parte del piloto

Jim Payne, piloto de pruebas de Magpie Aviation

Para demostrar la validez de las rutas que se pueden hacer con este tipo de vuelo, Magpie ha hecho públicos varios mapas en los que se puede ver el radio de acción de las aeronaves en vuelos regionales con uno y dos remolques.

Sería interesante conocer el impacto en la gestión del espacio aéreo, cuánta altitud perderían durante el planeo con motor. Porque si se pensara en mantener la altitud durante el PAS no sería necesario el remolcador eléctrico. Pero durante el vuelo normal, lo habitual es que se asigne una altitud de vuelo y se mantenga, para permitir la separación con otras aeronaves comerciales… Así como interesante sería saber cómo calculan los tiempos de combustible de reserva obligatorios o el desvío a aeropuertos alternativos. También sería interesante analizar más en detalle la célula del «avión principal», puesto que si sólo debe llevar combustible para el despegue y para volar al alternativo, mientras que el resto de la misión la hace planeando con el motor al mínimo, sería lógico pensar que el tamaño de los depósitos y cantidad de combustible transportada sea mucho menor que el de un avión comparable, y por tanto también su peso al despegue. Otra de las derivadas interesantes de estudiar sería la del tamaño de las pistas necesarias para utilizar este tipo de aviones, puesto que si el concepto se basa realmente en un motovelero de transporte, las pistas desde las que podría operar serían mucho más cortas que un avión equivalente. Posiblemente incluso la huella sonora en el entorno aeroportuario descendiera. Sea como fuere, es la primera vez desde ¿la Segunda Guerra Mundial? que vemos plantear un planeador como transporte y no como aeronave recreativa.

Fuente: Magpie Aviation