El diseño fundamental de los aviones comerciales ha permanecido casi inalterado durante los últimos 60 años. Modelos modernos como el Boeing 787 y el Airbus A350 mantienen una forma similar a la del Boeing 707 y el Douglas DC-8, construidos a finales de los años 50 y que establecieron el formato de «tubo y ala» que sigue vigente hoy en día.
Alvaro Abril. Coordinador de Comunicaciones Unisabaneta
Esto se debe a que la aviación comercial prioriza la seguridad, favoreciendo soluciones ya probadas, y a que otros avances, como en materiales y motores, hacen que el diseño tradicional siga siendo relevante.
Sin embargo, se avecina un cambio significativo. Un nuevo diseño de avión ha recibido luz verde para volar en los cielos de California. A finales del mes pasado, JetZero, con sede en Long Beach, anunció que su avión de demostración de «ala combinada» a escala 1:8, denominado Pathfinder, obtuvo el certificado de aeronavegabilidad de la Administración Federal de Aviación (FAA por sus siglas en inglés) y que los vuelos de prueba son inminentes.
A medida que la industria intenta encontrar desesperadamente formas de reducir las emisiones de carbono, se enfrenta a un desafío mayor que otros sectores, debido a que sus tecnologías básicas han sido muy difíciles de sustituir. Este es un momento clave para la innovación.
El diseño de «ala combinada» es similar al de «ala volante» utilizado en aviones militares como el icónico bombardero B-2, pero con más volumen en la sección central. Tanto Boeing como Airbus están explorando esta idea, y el reciente avance de JetZero la acerca más a su objetivo de poner en servicio un avión de ala combinada tan pronto como en 2030.
«Estamos convencidos de que los grandes aviones deben alcanzar el objetivo de cero emisiones, y el fuselaje de ala combinada puede reducir el consumo de combustible y las emisiones en un 50%», declaró Tom O’Leary, cofundador y CEO de JetZero. «Es un salto impresionante en comparación con lo que la industria está acostumbrada».
Mientras la industria de la aviación busca con urgencia formas de reducir las emisiones de carbono, enfrenta un desafío mayor que otros sectores debido a que sus tecnologías fundamentales han sido muy difíciles de reemplazar. Este es un momento ideal para innovar.
El concepto de ala combinada no es nuevo; de hecho, los primeros intentos de construir aviones con este diseño datan de finales de la década de 1920 en Alemania. En 1947, el diseñador aeronáutico e industrial estadounidense Jack Northrop creó un diseño de ala volante propulsada a reacción, que inspiró al bombardero B-2 de los años 90.
Como un híbrido entre un ala volante y un diseño tradicional de «tubo y ala», el ala combinada permite que toda la aeronave genere sustentación, reduciendo la resistencia aerodinámica. La NASA afirma que esta forma «contribuye a aumentar el ahorro de combustible y crea mayores áreas de carga útil (carga o pasajeros) en la parte central del avión». La agencia probó este diseño en uno de sus aviones experimentales, el X-48.
Durante aproximadamente 120 vuelos de prueba realizados entre 2007 y 2012, dos X-48 no tripulados y teledirigidos demostraron la viabilidad del concepto. «Un avión de este tipo tendría una envergadura ligeramente mayor que la de un Boeing 747 y podría operar desde las terminales aeroportuarias actuales», indica la agencia, añadiendo que el avión también «pesaría menos, generaría menos ruido y emisiones, y costaría menos operarlo que un avión de transporte convencional igualmente avanzado».
En 2020, Airbus construyó un prototipo de ala combinada de pequeño tamaño, de unos dos metros de longitud, demostrando así su interés por desarrollar un avión de tamaño completo en el futuro. Pero si esta forma es tan eficaz, ¿por qué aún no se han construido aviones basados en ella?
Según O’Leary, existe un desafío técnico principal que frena a los fabricantes: «Es la presurización de un fuselaje no cilíndrico», explica, señalando que un avión con forma de tubo es más capaz de soportar los constantes ciclos de expansión y contracción que se producen en cada vuelo.
«En un diseño de ‘tubo y ala’, se separan las cargas: la carga de presurización en el tubo y las cargas de flexión en las alas. En cambio, un ala combinada las mezcla. Ahora podemos hacerlo gracias a materiales compuestos ligeros y resistentes».
Una forma tan radicalmente nueva haría que el interior del avión se viera muy diferente al de los aviones de fuselaje ancho actuales. «Es un fuselaje mucho más ancho», dice O’Leary. «El típico avión de pasillo único tiene asientos de tres en tres, pero este es una especie de tubo más corto y ancho. La cantidad de personas es la misma, pero puede haber entre 15 y 20 filas en la cabina, dependiendo de cómo lo configure cada aerolínea».
«Esto les da una paleta completamente nueva para diseñar. Creo que será increíble ver cómo interpretan este espacio mucho más amplio».
Potencial revolucionario
O’Leary menciona que el avión comparable en tamaño más cercano sería el Boeing 767, un bimotor de fuselaje ancho introducido en la década de 1980 que normalmente transportaba alrededor de 210 pasajeros. Aunque todavía se fabrica como avión de carga, fue reemplazado por el Boeing 787 como avión de pasajeros. También tiene una variante militar moderna, el KC-46, que las Fuerzas Aéreas de EE.UU. utilizan para el reabastecimiento en vuelo.
De manera similar, JetZero busca desarrollar simultáneamente tres variantes: un avión de pasajeros con capacidad para más de 200 personas, un avión de carga y un avión cisterna de combustible. La forma de ala combinada es particularmente adecuada para este último propósito, tanto que el año pasado, las Fuerzas Aéreas de EE.UU. otorgaron a JetZero 235 millones de dólares para desarrollar un demostrador a escala real y validar el rendimiento del concepto de ala combinada. Se espera que la versión militar del avión sea pionera y quizás apoye el desarrollo de los modelos comerciales.
El Pathfinder, recientemente aprobado por la FAA, con una envergadura de 7 metros, es una versión a escala del 12.5% del prototipo a escala real, que se espera empiece a volar en 2027. El avión está diseñado para ser 100% compatible con el combustible de aviación sostenible (SAF) y tener el volumen interno necesario para albergar hidrógeno con cero emisiones de carbono.
Sin embargo, construir un avión completamente nuevo desde cero es una tarea monumental, y los objetivos de JetZero parecen ambiciosos, dado que el proceso completo de certificación, incluso para una variante de un avión existente, puede llevar años. Una ventaja de JetZero en este campo es que inicialmente utilizará motores de aviones actuales de fuselaje estrecho, como el Boeing 737, aunque el plan es eventualmente pasar a una propulsión totalmente libre de emisiones alimentada por hidrógeno, lo cual requerirá nuevos motores que aún no se han desarrollado.
JetZero no ha anunciado ningún pedido de su avión, pero O’Leary declaró el año pasado que las aerolíneas están interesadas. «Ya estamos hablando con las principales aerolíneas de todo el mundo, porque están entusiasmadas con el aumento de la eficiencia».
Queda por ver si una reducción del 50% en el consumo de combustible es realmente posible. Tanto la NASA como Airbus han citado un 20% más modesto para sus diseños, mientras que las Fuerzas Aéreas de EE.UU. afirman que un avión de ala combinada podría «mejorar la eficiencia aerodinámica en al menos un 30% respecto a los actuales aviones cisterna y de movilidad de las Fuerzas Aéreas».
«Es importante señalar que, aunque una carrocería de ala combinada puede reducir la resistencia aerodinámica y aumentar la eficiencia del combustible, los beneficios reales dependen del diseño específico, la configuración y las condiciones operativas», afirma Bailey Miles, analista de aviación de la consultora AviationValues.
«Para aprovechar plenamente el potencial de este innovador diseño de avión en términos de reducción de resistencia aerodinámica, es esencial realizar pruebas aerodinámicas exhaustivas y optimizarlo. Sería difícil determinar un porcentaje específico de reducción de combustible sin las pruebas necesarias», añade.
