The New York TimesMalgrat que mai no s’elevarà per penetrar al blau del cel, un camió polsegós aparcat a fora d’un hangar del Centre de Recerca de Vol de la NASA representa el futur de l’aviació, perquè permet investigar per trobar noves naus amb baixes emissions de CO 2. Sobre uns puntals d’acer situats rere la cabina del camió, s’enfila una ala d’avió d’uns 9 metres, com les que solen portar els avions de petites dimensions. Però en lloc d’estar equipada amb un o dos motors de combustió, porta 18 motors electrònics al llarg de l’ala, cadascun amb una petita hèlice vermella.

Aquest híbrid de camió i avió, fruit d’un projecte de la NASA anomenat LeapTech, està pensat per posar a prova un nou mètode de propulsió per a aeronaus. Els tècnics i enginyers han estat recorrent a més de 110 km/h una pista situada sobre un llac sec del desert on hi ha la base d’Edwards, mentre feien girar les hèlices amb bateries elèctriques com si l’artefacte estigués a punt de començar a volar. “Som capaços de simular configuracions d’enlairament i aterratge i mesurar la sustentació, la resistència, l’eficiència del motor i el rendiment aerodinàmic”, explica Sean Clarke, enginyer i investigador principal del projecte.

Els investigadors es basen en un concepte que han anomenat propulsió distribuïda i es podria traduir en nous dissenys d’avió molt menys contaminants. Així, les aeronaus del futur podrien estar propulsades per bateries o sistemes híbrids de gas i electricitat o dotades d’ales més lleugeres capaces de canviar ràpidament de forma per respondre millor a les pressions derivades de les turbulències.

EMISSIONS PER PASSATGER

L’aviació comercial representa aproximadament el 2% del total de les emissions anuals de CO 2 derivades de l’activitat humana, un volum que equival a una mica menys de les emissions que genera anualment Alemanya. Segons estimacions de la patronal del sector, les emissions per seient per milla han caigut un 70% des dels anys 60, quan es van introduir els avions de reacció. Però les emissions han augmentat pel creixement desmesurat del sector. En un futur l’aviació generarà el 20% de les emissions, ja que es preveu que la flota comercial mundial es doblarà durant els pròxims 15 anys fins a assolir els 40.000 avions de passatgers, segons dades de l’Organització de l’Aviació Civil Internacional (OACI). Tot i que l’aviació va quedar fora de l’acord sobre el clima assolit al mes de desembre a París (una absència molt criticada), els Estats Units han començat a preparar una normativa amb restriccions.

Les emissions estan directament relacionades amb el consum de combustible, que representa una tercera part o més dels costos de les companyies aèries. L’ús de materials compostos, com els que componen prop de la meitat del fuselatge del Boeing 787, ha fet els avions més lleugers. A més, els motors de reacció són més eficients i s’està començant a optar per carburants alternatius, com els biocombustibles.

També s’han adoptat mesures de caràcter operatiu, com ara la millora de la gestió del trànsit aeri tant als aeroports com a l’aire. Ara bé, malgrat totes les millores, existents i potencials, el disseny bàsic de l’avió no canvia: continua estant format pel fuselatge i les ales. “Des del punt de vista de l’estructura bàsica, el 787 no és gaire diferent del 707”, diu Jay E. Dryer, director del programa de vehicles aeris avançats de la NASA. Si es volen assolir reduccions dràstiques, caldran nous dissenys que parteixin de zero. En aquest punt és on entra en escena el Centre de Recerca de Vol.

ALES MÉS AERODINÀMIQUES

No gaire lluny del camió amb ales de LeapTech, hi ha un altre hangar on reposa un avió d’empresa de la marca Gulfstream, despullat, que té centenars de sensors. És un banc de proves de tecnologia aeronàutica que s’utilitza per experimentar amb modificacions del caire de sortida (la part posterior) de les ales.

Al lloc on normalment hi hauria el que s’anomena un flap, hi ha una superfície contínua i corba que altera les característiques aerodinàmiques de l’ala. “La idea és acabar substituint tot el caire de sortida de les ales de l’avió per aquesta mena de tecnologia, de manera que es pugui canviar constantment la forma de l’ala per reduir la resistència i incrementar la sustentació”, explica Ethan Baumann, enginyer en cap de l’avió de prova. Gràcies a aquesta tecnologia, les forces de resistència i sustentació es podrien traslladar per les ales per evitar la sobrecàrrega, cosa que faria possible fabricar ales més lleugeres que les convencionals.

Pel que fa a la propulsió distribuïda, es basa en la idea de desplaçar els motors, que normalment pengen sota les ales, a una altra ubicació. Els motors de reacció són aparells pesants i complexos. Per aquest motiu, els dissenys de propulsió distribuïda solen portar gairebé sempre motors elèctrics més senzills i de dimensions més reduïdes. “Quan es dissenya un vehicle des de zero, té molt de sentit replantejar-se on s’ubicaran els motors”, comenta Clarke.

Els motors han guanyat eficiència en part gràcies a la incorporació d’hèlices més grans que mobilitzen més aire derivat, és a dir, el que no travessa el nucli. Però l’augment de la grandària de les hèlices té un límit. Un disseny distribuït permet afegir més hèlices de manera senzilla, sempre que es disposi de prou electricitat per alimentar-les. “Ja no estàs limitat per la mida del motor”, comenta Panagiotis Laskaridis, que estudia la propulsió distribuïda a la universitat britànica de Cranfield.

Distribuir els motors per l’avió també pot comportar avantatges aerodinàmics. En el cas de l’ala de LeapTech, la posició dels motors al caire d’atac accelera el flux d’aire que hi passa, cosa que incrementa la sustentació a velocitats baixes com les de l’enlairament i l’aterratge. En conseqüència, l’ala pot ser més estreta, cosa que redueix la resistència i millora l’eficiència en velocitats de creuer. Un disseny d’avió basat en la propulsió distribuïda podria tenir motors situats al caire d’atac només per a l’enlairament i l’aterratge i un sol motor a l’extrem de cada ala per als trams en què s’assolissin velocitats de creuer.

Els motors de LeapTech s’alimenten amb bateries, però Laskaridis i Devaiah Nalianda, un col·lega seu de la Universitat de Cranfield, estan estudiant la viabilitat de fer servir sistemes híbrids de turbina i electricitat basats en bateries i un sol motor de reacció per generar electricitat per a la resta.

Els investigadors de Boeing, per la seva banda, examinen diverses variants de la propulsió distribuïda, explica Marty Bradley Senior, enginyer aeroespacial del fabricant. També estudien altres conceptes avançats, com ara les ales reforçades amb puntals (que permetrien dissenyar ales més llargues i primes i, per tant, més eficients) i les hèlices muntades a la part posterior, que accelerarien el flux d’aire pel fuselatge, cosa que redueix la resistència.

A PUNT PER VOLAR

Els investigadors de la NASA volen modificar una aeronau de quatre places de fabricació italiana perquè funcioni amb bateries i motors a les ales. L’avioneta només podrà fer vols de curta distància, ateses les limitacions de les bateries actuals. Segons Clarke, és possible que mai no s’arribin a perfeccionar prou les bateries perquè els avions totalment elèctrics siguin pràctics, però un disseny híbrid de turbina i bateries és una possibilitat realista. “En 20 anys s’integraran tecnologies com aquestes a les aeronaus”, creu. Nalianda diu que, si bé queda molta feina per fer, no té cap dubte que la propulsió distribuïda acabarà utilitzant-se, potser fins i tot en grans aeronaus. “Quan el motor de reacció va substituir el motor d’èmbol als anys 40 i 50, ho va alterar tot -explica-. La propulsió distribuïda tindrà un efecte semblant, serà una tecnologia trencadora”.