¿Cuál es el futuro del transporte aéreo?

Gracias a los avances en aerodinámica y tecnología de última generación, el sector de la aviación está a punto de experimentar un cambio revolucionario. El futuro del transporte aéreo está a punto de ser más eficaz, sostenible y accesible que nunca, gracias a la colaboración entre investigadores, ingenieros y entusiastas de la aviación para replantear nuestra forma de entender el vuelo.

El sector de la aviación es uno de los que más contribuyen al cambio climático y está bajo una presión creciente para reducir su huella de carbono. El futuro de la aviación debe ser eficiente y sostenible para conseguir un planeta más verde. Fly Net Zero es una iniciativa de las compañías aéreas para conseguir cero misiones netas para 2050. Para alcanzar estos ambiciosos objetivos, estamos en una etapa en la que se requiere la búsqueda de tecnologías innovadoras y diseños de aeronaves revolucionarios.

Este artículo explora cómo está abordando el sector de la aviación todas estas cuestiones. Desde la nueva infraestructura y la aerodinámica de última generación, pasando por el combustible de aviación sostenible (SAF por sus siglas en inglés) y los aviones eléctricos, el sector intenta dar forma a un futuro eficiente y sostenible para el transporte aéreo.

Las alas de un avión no pueden funcionar con la misma eficacia en las distintas fases del vuelo debido a la estructura rígida tradicional de una aeronave. Pero a medida que surgen nuevas tecnologías, ahora los ingenieros son capaces de diseñar aviones que se transforman y alteran su forma mientras vuelan. Las alas transformables, inspiradas en las aves, tienen el potencial de optimizar el rendimiento en las distintas fases del vuelo y, al mismo tiempo, resolver problemas importantes como el ahorro de combustible, la reducción de emisiones y la maniobrabilidad.

La naturaleza ha sido durante mucho tiempo una fuente de ideas inspiradoras para el ser humano. Los científicos llevan mucho tiempo fascinados por la facilidad con la que aves, insectos e incluso peces se adaptan a sus hábitats específicos. Estas alas, que imitan la capacidad de los animales vivos para cambiar su forma, se inspiraron en estas adaptaciones naturales. Los ingenieros están creando alas que pueden cambiar su configuración en tiempo real, imitando la manera en la que las aves cambian sus alas durante las distintas maniobras de vuelo.

La idea de estas alas se aplica a una serie de técnicas, cada una de ellas destinada a proporcionar una ventaja aerodinámica particular. Entre estos principios se encuentran:

• Torsión y flexión: la flexibilidad de la estructura del ala permite cambios en su curvatura, que afectan a la sustentación y la resistencia en las distintas fases del vuelo. Esta capacidad permite despegues más suaves, una navegación más eficaz y una mayor estabilidad en el aterrizaje.
• Aleaciones con memoria de forma (Shape Memory Alloys - SMAs): las alas transformables basadas en SMA utilizan materiales que se adaptan a los cambios de temperatura cambiando su forma. Los ingenieros pueden diseñar alas con SMA integrados en su estructura que se adaptan automáticamente a las circunstancias cambiantes del vuelo, maximizando el rendimiento y la eficiencia del combustible.
• Actuadores neumáticos: estos actuadores cambian la forma del ala inflando o desinflando determinadas zonas de la misma mediante presión de aire. Este enfoque ofrece un control geométrico preciso sobre el ala, que puede modificarse para satisfacer distintas necesidades de vuelo.
• Polímeros electroactivos (EAPs por sus siglas en inglés): los EAPs adaptan su forma en respuesta a la estimulación eléctrica. Los EAPs ofrecen modificaciones morfológicas de alas en tiempo real cuando se integran en estructuras de alas, lo que mejora la maniobrabilidad y reduce la resistencia aerodinámica.

En 2023, en el Imperial College de Londres, comenzó un proyecto de investigación sobre las alas transformables para descubrir la adaptación óptima de un avión en respuesta a las condiciones de vuelo.

El fuselaje y el sistema de propulsión se han considerado tradicionalmente entidades separadas a la hora de diseñar los aviones que se utilizan actualmente. Como resultado, la eficacia de propulsión de las arquitecturas de motores aéreos convencionales está llegando a su límite y los avances tecnológicos producen rendimientos decrecientes. BLI consiste en colocar los motores más cerca del fuselaje del avión, lo que les permite captar e ingerir el flujo de la capa límite del fuselaje.

Entre las ventajas de la BLI se incluyen una mayor eficacia de la propulsión, una menor resistencia aerodinámica y una mayor eficiencia del combustible. Los ingenieros del Centro de Investigación Glenn de la NASA están probando este nuevo tipo de sistema de propulsión en su túnel de viento de alta velocidad. Las pruebas pueden tardar años en completarse, pero la organización ha afirmado que seguirá investigando y desarrollando la tecnología BLI en los próximos años.

Gracias a la enorme potencia computacional disponible en la actualidad, la CFD es una tecnología de vanguardia que simula y representa las complejas interacciones de los fluidos, como el aire, a medida que se desplazan por las superficies de los aviones. La CFD ha transformado el diseño de aeronaves, el análisis de rendimiento y los métodos de prueba al proporcionar a los ingenieros una visión profunda de la aerodinámica y los comportamientos del flujo de aire. Se ha convertido en la piedra angular de la aerodinámica de última generación.

En esencia, la CFD requiere la resolución de complejas ecuaciones matemáticas que determinan la física del movimiento de los fluidos. Estas ecuaciones describen de forma exhaustiva el comportamiento del aire alrededor de las superficies de un avión, teniendo en cuenta variables como la densidad, la velocidad, la presión y la viscosidad del fluido.

Gracias a las simulaciones de CFD, que proporcionan una representación digital de las interacciones del flujo de aire discretizando estas ecuaciones en unidades computacionales más pequeñas, los ingenieros pueden explorar y analizar visualmente muchos escenarios sin necesidad de elaborar prototipos físicos. Airbus, una de las principales compañías aeronáuticas, utiliza la CFD para comprender mejor la aerodinámica y maximizar la eficiencia de los aviones.

La movilidad aérea urbana (UAM, del inglés Urban Air Mobility) prevé un futuro en el que aviones eléctricos de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL), equipados con una aerodinámica de vanguardia, transporten pasajeros y mercancías entre el centro de las ciudades, los suburbios y otros destinos urbanos. Aprovechando el poder de la aerodinámica de última generación, la UAM tiene el potencial de revolucionar el transporte urbano, ofreciendo desplazamientos más rápidos, menos atascos y un modo de viajar más sostenible. De hecho, la empresa alemana Volocopter ha probado el uso de su aeronave Volocity en los Juegos Olímpicos de París 2024.

Características principales de la UAM:

• Despegue y aterrizaje vertical (VTOL, del inglés Vertical Take-off and Landing): los aviones UAM se fabrican con una aerodinámica especializada que les permite realizar despegues y aterrizajes verticales, lo que elimina la necesidad de pistas convencionales. Gracias a estas capacidades, pueden utilizar tejados, helipuertos e incluso zonas autorizadas de aterrizaje urbano para realizar sus actividades.
• Vuelos de corta distancia: los vuelos de corta distancia dentro de las ciudades y los suburbios se realizan mejor con aviones UAM. En comparación con el transporte terrestre, estos vuelos pueden ofrecer conexiones punto a punto más rápidas, especialmente en situaciones de tráfico intenso.
• Propulsión eléctrica: los aviones UAM suelen utilizar tecnologías de propulsión eléctrica para reducir las emisiones, minimizar la contaminación acústica y promover un transporte urbano más ecológico.

La UAM puede reducir la congestión en las ciudades al ofrecer un modo de transporte alternativo, reducir los tiempos de viaje al evitar el tráfico terrestre y contribuir a los esfuerzos mundiales para reducir las emisiones de carbono, gracias a su propulsión eléctrica.

Los viajes supersónicos e hipersónicos reducen sustancialmente los tiempos de vuelo y ofrecen un cambio de paradigma en la aviación que tiene el potencial de cambiar por completo los viajes internacionales y de larga distancia. Se espera que estas innovaciones revolucionen el futuro del transporte aéreo y creen nuevas posibilidades gracias a la aerodinámica de última generación.

¿Viajar en el mismo día entre continentes?

El vuelo supersónico supera la velocidad del sonido, que es de aproximadamente 1235 km/h a nivel del mar y cambia con la temperatura y la altitud. A finales del siglo XX, el famoso avión supersónico de pasajeros Concorde, ofreció una visión del futuro de los vuelos supersónicos. El Concorde dejó de operar en 2003 debido a numerosos problemas operativos y financieros. Sin embargo, los aviones supersónicos están experimentando un resurgimiento y podrían volver a estar en servicio en 2029.

La aerolínea estadounidense, Boom Supersonic acaba de hacer un pedido de 20 aviones supersónicos que se llamarán «Overture». Esta aeronave de 61,26 m utiliza combustible de aviación 100 % sostenible y puede alcanzar velocidades de hasta Mach 1,7 (2099 km/h), el avión comercial más rápido del mundo. A estas velocidades, un vuelo de Nueva York a Londres solo tardaría 3,5 horas.

La aerodinámica de última generación, en el cruce entre innovación y necesidad, tiene el potencial de redefinir la forma en la que percibimos y experimentamos el vuelo. Desde el concepto inspirador de las alas que se transforman hasta los sueños recurrentes de los viajes supersónicos, la aerodinámica nos está impulsando hacia un futuro en los cielos con más velocidad, eficiencia e interconexiones.

Entre la magnitud de estas asombrosas innovaciones, persisten los desafíos. Para aprovechar el potencial de esta aerodinámica de última generación, será necesario navegar por los entresijos de los materiales, las leyes y la infraestructura. Esto garantizará que los vuelos del futuro no solo sean más rápidos y eficaces, sino también más seguros y sostenibles.