La aviación es una de las formas de transporte más dañinas para el medio ambiente, representa el 3% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero de la UE. Pero los nuevos diseños de aviones inspirados en el trabajo de un ingeniero de aviación de principios del siglo XX y sustancias naturales como el panal y la hierba podrían ayudar a reducir la huella ambiental de volar.

Con casi mil millones de pasajeros que volaron a los cielos europeos en 2016 y el número sigue aumentando, el crecimiento de la aviación europea ha sido asombroso. El efecto es que incluso cuando muchas otras industrias están reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero a través de la eficiencia y las nuevas tecnologías, la aviación va en aumento.

Una persona que vuela de Londres a Nueva York y viceversa genera aproximadamente el mismo nivel de emisiones que la calefacción doméstica de un año para el europeo medio. En la reciente conferencia Transport Research Arena en Viena, Austria, un evento de alto nivel que cubre todos los modos de transporte europeo, Profesor Hans Joachim Schellnhuber, director del Instituto de Potsdam para la Investigación del Impacto Climático en Alemania, dijo que evitar los viajes en avión por completo era la mejor opción para proteger el medio ambiente.

Pero como Sergio Barbarino, El presidente de Alliance for Logistics Innovation through Collaboration in Europe (ALICE) respondió:ese es un escenario poco probable. "No podemos simplemente decirle a la gente que ya no pueden pasar sus vacaciones en las Islas Canarias, " él dijo.

Los viajes aéreos pueden estar aquí para quedarse, pero no hay duda de que los ingenieros deben encontrar nuevas formas de hacerlo más limpio y ecológico. Una idea es rediseñar radicalmente el ala de un avión para que requiera significativamente menos combustible operativo, un enfoque que está actualmente en desarrollo por un proyecto llamado PARSIFAL.

Padre de la aerodinámica

Por su diseño, el equipo buscó inspiración en el renombrado ingeniero de aviación alemán Ludwig Prandtl, a menudo considerado el padre de la aerodinámica. En 1924, Prandtl tuvo una idea para un avión con un ala inusual que reducía el coeficiente de resistencia y mejoraba la eficiencia aerodinámica, pero la idea fue ignorada en gran medida en ese momento.

A finales de la década de 1990, Profesor Aldo Frediani de la Universidad de Pisa, Italia, y coordinador del proyecto PARSIFAL, utilizó las matemáticas para demostrar que la teoría del ala de Prandtl era plausible. El profesor Frediani y su equipo comenzaron a trabajar en el diseño de un nuevo avión de ala cerrada basado en el concepto original de Prandtl.

"Los resultados teóricos se pueden utilizar para definir una nueva configuración, nuestra configuración, " él dijo.

En lugar de dos alas separadas que se extienden a ambos lados del fuselaje, nuestro concepto familiar de un avión, el avión inspirado en Prandtl tiene un ala que se enrosca y se cierra sobre sí misma en un diseño de ala cerrada sin puntas de ala. Esto reduce la cantidad de resistencia que actúa sobre la aeronave, lo que significa que se quema menos combustible. Esto es especialmente importante para el despegue y el aterrizaje, ya que estas son las fases del vuelo de un avión que generalmente consumen más combustible y expulsan la mayoría de las emisiones.

"Estos aviones serán mucho más convenientes desde el punto de vista del consumo de combustible, contaminación acústica y emisiones, "dijo el profesor Frediani.

El equipo ha desarrollado un modelo pequeño de su avión, pero la idea es centrarse en aviones de tamaño medio, con el objetivo de aumentar el número de pasajeros transportados por vuelo de alrededor de 180 a 310. Los investigadores estiman que el avión podría estar en el aire en 10-15 años, dependiendo de los controles de seguridad y del interés de los fabricantes de aviones. Sus próximos pasos son perfeccionar la aerodinámica, posición y controles del motor, mientras que el departamento de economía de la Universidad de Pisa está trabajando con PARSIFAL para determinar el desempeño económico proyectado de la aeronave.

"Esta solución podría cambiar completamente el transporte aéreo del futuro, "dijo el profesor Frediani.

Mientras tanto, otros ingenieros se están inspirando en la naturaleza para desarrollar componentes de aviones impresos en 3D que podrían reducir el peso hasta en un 30%. Cuanto menos pesa un avión, se requiere menos combustible, resultando en una reducción significativa de CO ₂ emisiones.

Estructura de panal

Melanie Gralow es ingeniera de diseño biomimético para el proyecto Bionic Aircraft, que está tomando las lecciones de la naturaleza para mejorar partes para la fabricación de aviones.

"Las superficies delgadas o varillas tienden a deformarse muy fácilmente durante el proceso de fabricación, "Ella explicó." Puede endurecerlos aplicando una cierta estructura de superficie. La estructura de panal es una de esas estructuras bioinspiradas que se pueden utilizar para endurecer la pared sin agregar demasiado peso ".

El proyecto también se inspira en los tallos de la hierba, que están sujetos a cargas de flexión por el viento de la misma manera que los puntales en los componentes de la aeronave. Las cargas de flexión son fuerzas que actúan sobre una estructura lateralmente y, por lo tanto, pueden provocar que se doble.

"El tallo es hueco por dentro y tiene un sistema de doble pared, "dijo Gralow." Necesita resistir las fuerzas del viento en la naturaleza, pero los puntales en el mundo técnico también deben resistir la flexión. Al aplicar el sistema de doble pared a los puntales, podemos hacerlos más ligeros, pero al mismo tiempo tan rígidos como deben ser ".

Para hacer estos intrincados, muy detallado, piezas ligeras, el equipo utiliza impresoras 3-D con tecnología de rayo láser. Aunque es ideal para pequeños trabajos de precisión, los investigadores dicen que imprimir un avión completo de esta manera está todavía muy lejos.

"Por ahora, el objetivo es realmente centrarse en piezas más pequeñas porque los espacios de construcción de las impresoras actuales están restringidos. Las impresoras comerciales más grandes miden entre 40 y 50 centímetros de ancho, de modo que establece el límite de tamaño máximo para las piezas de metal impresas en 3D actuales, "dijo Gralow.