¿Son viables las «alas integradas en el fuselaje» para futuros aviones de transporte?

EL concepto Blended Wing Body (BWB) es un tipo de “Ala Volante”, que se identifica como la aeronave sin conjunto de cola y en el que su tripulación, carga de pago y equipo se albergan en la propia estructura del ala en un cuerpo principal que puede aportar también fuerza sustentadora.

El Ala Volante plantea una configuración aerodinámica potencialmente más eficiente en comparación con el avión de fuselaje de sección circular-tubular al incorporar la sustentación adicional del fuselaje y una sensible reducción del peso de la estructura.

La reducción del peso de la aeronave proviene esencialmente tanto de la eliminación del conjunto de cola como de la innecesaridad de los refuerzos estructurales en el encastre ala-fuselaje que requieren los aviones convencionales para reforzar esta parte crítica de la aeronave proveniente de la torsión que genera la fuerza de sustentación del ala (hacia arriba) y la del peso concentrado del fuselaje (hacia el suelo). Fig 1

Por otra parte, la aeronave tipo BWB no requiere superficies auxiliares como los estabilizadores horizontales e incluso el timón de cola lo que conlleva una importante reducción de la resistencia aerodinámica con la consiguiente multiplicación del beneficio en términos de consumo de combustible y mayor carga útil entre otras ventajas adicionales como es una menor huella acústica.

Fig 1. Distribución de peso y sustentación de la sección tubular comparada con tipo BWB

No es una concepción novedosa

Sin embargo, su concepción no es ni mucho menos nueva y ya desde los inicios de la aviación, diferentes ingenieros plantearon diseños basados en este concepto. Tal es el caso de Northrop en USA y los hermanos Horten en la Alemania de la Segunda Guerra Mundial, sin olvidarnos de modelos similares de ingenieros británicos, franceses y rusos que también trabajaron sobre las ventajas que ofrecía la fórmula ala volante en sus diferentes versiones.

Fig 2. Horten Ho 229 de 1943

Un nuevo amanecer para el ala volante

Mas recientemente, la NASA y los mayores constructores aeronáuticos del mundo, Boeing con su XB 48B y Airbus y su ZEROe, han vuelto a revitalizar la fórmula para los futuros grandes transportes comerciales en las largas distancias. Además de la eficiencia de la fórmula, la idoneidad de su basta capacidad de fuselaje para alojar los grandes depósitos que requiere el combustible de hidrógeno, es un valor adicional para lograr el objetivo de una aviación plenamente sostenible en 2050.

Fig 3. Foto Airbus

Algunos de los retos a superar.

Sin embargo, la formula no esta exenta de problemas que explican su muy escaso desarrollo e implantación hasta la fecha, tanto en el ámbito militar como en el civil. De ello y de los retos que plantea la fórmula, vamos a realizar una breve exposición, señalando que la próxima entrada en servicio del novísimo y carísimo bombardero americano B-21 Raider,, podría estar demostrado las soluciones tecnológicas para hacer viable el diseño en el ámbito civil.

Fig 4. Foto USAF B-2 Spirit. Predecesor del Raider
  • El control. Las aeronaves tipo BWB deben ser capaces de proporcionar estabilidad y control de vuelo por sí misma, un requisito que en principio impone serias dificultades adicionales y la causa de su fracaso histórico como fórmula aerodinámica viable. La falta de conjunto de cola las hace inestables por lo que el piloto debe hacer continuas correcciones como el equilibrista en un monociclo moviéndose continuamente para no caer del asiento

La tecnología ya experimentada en las aeronaves intrínsecamente inestables como son muchas militares con el uso del “fly by wire” en conjunción con un “sistema de control activo de la estabilidad” parecen abrir paso a su   transición a las aeronaves civiles que usen esta morfología, no sin superar grandes retos todavía pendientes en el ámbito de la seguridad operacional civil derivadas de su sofisticación.

Efectivamente un “sistema de control activo“tiene numerosos puntos sensibles a los fallos tales como la variedad de las partes en continuo movimiento de las superficies de control distribuidas en la estructura y alas, la mayor variedad de sensores que proveen de datos al ordenador o incluso, el mismo y sofisticado software y sus nuevos algoritmos. Recordemos que el accidente catastrófico del B-2, fue causado por el envío de informaciones contradictorias de sensores al ordenador de vuelo. De forma más cercana al ámbito civil, los accidentes del Boeing 737 MAX, o A-340 de Air France, derivados en parte de datos erróneos de los sensores, apuntan a la criticidad del control de una aeronave mucho más compleja.

  • La presurización. Por otra parte, la forma circular-tubular del fuselaje de las aeronaves actuales es la más eficaz para hacer frente a los problemas de estrés estructural que supone la resistencia a los ciclos de compresión y descompresión que afrontan las aeronaves diariamente al circular en la atmosfera y la presión interna en cabina. Ello requerirá de formas internas en la aeronave BWB que permitan reducir el estrés estructural y su concentración en ciertos lugares críticos derivados de una distribución de esfuerzos no homogénea. Recordemos el caso del desgraciado avión Comet británico y sus ventanillas cuadradas, generadoras de varias descomprensiones explosivas en vuelo.

La fórmula circular- tubular, permite la derivación de una familia de aeronaves sin más que añadir o retirar secciones al fuselaje original con lo que supone de ahorro de costes de formación de tripulaciones para una compañía aérea, incluso de certificación de la aeronave ante la autoridad aeronáutica. Estas derivaciones serían muy complicadas en las aeronaves BWB

  • La falta de ventanillas y el rechazo del público. Estas aeronaves van a ser de gran capacidad y el diseño interior de cabina con varios pasillos en el interior (hasta 6 o incluso más) de una estructura sensiblemente cerrada con escasa ventanillas puede tener cierto rechazo entre el publico potencial lo que esta llevando a los constructores a buscar soluciones innovadoras como grandes pantallas que generen una realidad virtual del viaje o escenarios naturales
Fig 5. BWB INTERIOR CONCEPT

Las ventajas que ofrece el concepto BWB

 De forma resumida plantean una reducción del 15% en el peso máximo al despegue y 27% consumo de combustible por pax-km en comparación con aeronaves convencionales de características similares. A ello se une su capacidad única para acomodar los depósitos de hidrogeno que aseguran la sostenibilidad medioambiental de la formula BWB y la aviación en largas distancias.

En definitiva, no nos debe extrañar el creciente interés de las aeronaves BWB y los diferentes modelos a escala que están siendo testados en Europa y Estados Unidos en estos momentos.

 Si una reducción del consumo de combustible entre una generación y la siguiente de aeronaves de entre el 5-6% asegura un éxito de ventas del modelo, imaginemos lo que supone una reducción del 27% y su garantía de ser “eco-frendly” de cara a los objetivos medioambientales para el sector de la aviación en el 2050.

Jesús Pérez Blanco

Miembro Fundador de la Sociedad Aeronáutica Española