Biplano supersónico

Biplano podría traer lo vuelos supersónicos de vuelta
Con un biplano podrían volver los vuelos supersónicos comerciales.

Biplanos menos costosos, más silenciosos y de menor consumo de combustible, que podrían hacer que regresaran los viajes supersónicos comerciales.

Dibujo conceptual de un biplano supersónico. Imagen: Christine Daniloff / MIT News, en base a un dibujo original cortesía del laboratorio Obayashi, Tohoku.

Durante 27 años el Concorde brindó a sus pasajeros un lujo poco común: ahorro de tiempo. Por un precio alto, el elegante jet supersónico transportaba a sus pasajeros de Nueva York a París en tan solo tres horas y media, el tiempo justo para una siesta y un aperitivo.

Con los años, el alto costo de los billetes, el gran consumo de combustible, un cupo muy limitado, y el ruido del estallido sónico, hicieron que disminuyera el interés y la venta de billetes. El 26 de noviembre de 2003, el Concorde realizó su último vuelo y con él, los vuelos supersónicos comerciales.

Desde entonces, un número de grupos ha estado trabajando en diseños para la siguiente generación de aviones supersónicos. Ahora, un investigador del MIT ha creado un concepto que puede resolver muchos de los problemas que aquejaban al Concorde. Qiqi Wang, profesor adjunto de aeronáutica y astronáutica, dice que la solución, en principio, es simple: en vez de volar con un ala, ¿por qué no con dos?

Wang y sus colegas Rui Hu, investigador postdoctoral del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica y Anthony Jameson, profesor de ingeniería de la Universidad de Stanford, han demostrado, a través de un modelo informático, que a velocidades supersónicas de crucero, un biplano modificado puede producir una resistencia significativamente menor que un avión convencional de una sola ala.

La menor resistencia, dice Wang, significa que el avión requiere menos combustible para volar. También significa que el avión produciría un estallido sónico menor.

“El estallido sónico es el resultado de las ondas de choque creadas por los aviones supersónicos, que se propagan hacia el suelo”, dice Wang. “Es como oír disparos. Es tan molesto que a los jets supersónicos no se les permitió volar sobre la tierra”.

Doble las alas, doble la diversión

Con el diseño de Wang, un avión con dos alas – una situada por encima de la otra – se cancelan las ondas de choque producidas por cualesquiera de las dos alas por sí solas. Wang atribuye el concepto original al ingeniero alemán Adolf Busemann. En la década de 1950, Busemann ideó un diseño de biplano que esencialmente elimina las ondas de choque a velocidades supersónicas.

Normalmente, a medida que un jet convencional se acerca a la velocidad del sonido, el aire comienza a comprimirse tanto en la parte delantera como en la trasera del avión. Cuando el avión alcanza y luego supera la velocidad del sonido, o Mach 1, el aumento repentino de la presión de aire crea dos enormes ondas de choque que se irradian desde ambos extremos del avión hacia el exterior, produciendo el estallido sónico.

Busemann encontró que un diseño biplano esencialmente podría eliminar las ondas de choque. Cada ala del diseño, cuando se ve desde el lado, tiene la forma de un triángulo aplanado, y las alas superior e inferior apuntan una hacia la otra. La configuración, según sus cálculos, anula las ondas de choque producidas por cada ala.

Sin embargo, el diseño carece de sustentación: Las dos alas crean un canal muy estrecho a través del cual sólo puede fluir una cantidad limitada de aire. Cuando se produce la transición a velocidades supersónicas, el canal, dice Wang, en esencia puede crear una fricción increíble. Aunque el diseño podría funcionar muy bien a velocidades supersónicas, no permite que se supere la resistencia para alcanzar esas velocidades.

Cómo sustentar una teoría fundamentada

Para abordar la cuestión de la resistencia, Wang, Hu y Jameson diseñaron un modelo informático para simular el funcionamiento del biplano de Busemann a diferentes velocidades. A una velocidad dada, el modelo determina la forma óptima del ala para minimizar la resistencia.

Los investigadores luego combinaron los resultados de una docena de velocidades diferentes y de 700 configuraciones de ala para llegar a la forma óptima de cada ala.

Encontraron que al hacer ligeramente más suave la superficie interior de cada ala, se crea un canal más ancho a través del cual puede fluir el aire.

Los investigadores también descubrieron que al hacer más grueso el borde superior del ala superior, y el borde inferior del ala inferior, el avión conceptual podía alcanzar velocidades supersónicas, con la mitad de la resistencia aerodinámica de aviones supersónicos convencionales tales como el Concorde. Wang dice que este tipo de rendimiento potencialmente podría reducir a más de la mitad la cantidad del combustible necesario para que vuele el avión.

Como paso siguiente el equipo diseñará un modelo tridimensional para tomar en cuenta otros factores que inciden en el vuelo. Wang señala que un grupo en Japón ha avanzado en el diseño de un biplano Busemann en el que las alas esencialmente cambian de forma en pleno vuelo para alcanzar velocidades supersónicas.

El grupo publicará sus resultados en la revista Journal of Aircraft.

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Artículo original escrito por Jennifer Chu, MIT News Office
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