Aviones como nunca se vieron

El transporte aéreo de pasajeros se duplicará hasta 2034. Y ya hay en marcha estudios para construir aeronaves mejores y más eficientes, con nuevos materiales y soluciones que se inspiran en las aves

Por Heitor Shimizu, desde Michigan  |  Agência FAPESP – En 2015 fueron 3.500 millones de pasajeros los que utilizaron aviones como medio de transporte en el mundo, de acuerdo con la International Air Transport Association (IATA). Y esa cantidad se duplicará hasta 2034, cuando Brasil, que es uno de los países en donde el sector ha venido creciendo más rápidamente, superará los 200 millones de pasajeros por año.

“El sector aéreo tiene un impacto enorme en la economía mundial, y no hay nada mejor para el transporte rápido de larga distancia que los aviones, que ofrecen un tipo de operación confiable y segura”, dijo Carlos Cesnik, docente de Ingeniería Aeroespacial y director del Active Aeroelasticity and Structures Research Laboratory de la University of Michigan (UM).

Con todo, y así como efectivamente crecerá, el sector también pasará por muchas transformaciones durante los próximos años, de acuerdo con Cesnik y los demás disertantes que conformaron un panel en el cual se plantearon alternativas tecnológicas para el futuro de la aviación, durante la FAPESP Week Michigan-Ohio, que se lleva a cabo hasta hoy, 1º de abril, en Estados Unidos.

El grupo del profesor Daniel Inman, del Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la UM, se ha abocado a la búsqueda de alternativas tendientes al desarrollo de aeronaves más eficientes con base en el estudio de quienes vuelan desde hace más tiempo en el mundo: las aves.

Según Inman, la idea de modificar las alas de las aeronaves viene de larga data. Los propios hermanos Wright utilizaron alas que cambiaban de forma a medida que eran tiradas por cables. “Deseaban aprender a volar, y nada mejor para ello que basarse en las aves”, dijo.

Sin embargo, por motivos de seguridad –para disminuir las turbulencias, por ejemplo–, las superficies rígidas dominaron la aviación desde la popularización del sector hasta los días actuales. Y fue recién durante los últimos años que se reanudó el interés en el estudio de configuraciones con alas que cambian de forma durante el vuelo.

“En nuestra investigación no queremos copiar el modo de aletear de las aves, sino más bien analizar las características de la fisiología de esos animales que puedan servir de inspiración para crear soluciones tecnológicas, particularmente en lo que hace a aplicaciones con materiales inteligentes”, dijo Inman.

El grupo de Inman, del cual forman parte ingenieros y expertos en biología animal –de la UM, de Stanford y de la University of California Los Angeles–, obtuvo este mes la aprobación de una ayuda a la investigación por un monto de seis millones de dólares de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de Estados Unidos, para producir el más pormenorizado análisis del vuelo de las aves que se haya realizado hasta ahora en un proyecto de ingeniería aeronáutica. “Estudiaremos los más variados tipos de aves, con distintos tamaños, formas y velocidades”, dijo.

Mientras que los aviones actuales tienen alas rígidas, y se utilizan las partes conocidas como flaps, slats y spoilers para su control, las aves utilizan sus plumas –aisladamente o juntas– para crear superficies que controlan el vuelo. Y un detalle importante: lo hacen sin desperdiciar energía. Éste es el principal objetivo de la investigación de Inman: llevar la eficiencia del vuelo de las aves al sector aéreo.

Nuevas formas, nuevos materiales

En Brasil, el grupo de Edson Cocchieri Botelho, docente de la Facultad de Ingeniería de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), con sede en la localidad de Guaratinguetá, ha venido estudiando el uso de materiales plásticos altamente resistentes al calor en el sector aeronáutico.

Estos materiales, conocidos como materiales compuestos, ya que tienen al menos dos componentes o dos fases con propiedades fisicoquímicas distintas. Son materiales poliméricos que destacan por su combinación favorable de baja masa específica y elevado desempeño mecánico.

“La gran mayoría de los compuestos poliméricos avanzados utilizados actualmente se obtienen con base en la impregnación del refuerzo con resinas termorrígidas que, sin embargo, presentan problemas de tensión, en virtud del procesamiento y de la naturaleza quebradiza de dichas resinas”, dijo Cocchieiri Botelho.

“Los polímeros termoplásticos reforzados con fibras continuas aparecen actualmente como importantes sustitutos, si se los compara con los polímeros termorrígidos convencionales, debido a que presentan mayores valores de rigidez y de resistencia al impacto, una temperatura de servicio más elevada y una gran versatilidad para su producción en serie”, dijo.

En una investigación que contó con el apoyo de la FAPESP, Cocchieiri Botelho y su equipo procesaron compuestos termoplásticos abarcando diferentes grados de cristalinidad, y analizaron la influencia de dicha cristalinidad sobre el desempeño mecánico y térmico en distintas condiciones ambientales.

Ese proyecto se llevó a cabo junto al Centro Técnico Aeroespacial (CTA), el Composites Institute de Kaiserslautern y el Leibniz Institute of Polymer Research Dresden, estos dos últimos de Alemania.

“Hemos estudiado materiales compuestos tanto estructurales como reforzados con nanotubos de carbono, en investigaciones conjuntas con grupos de las universidades de California, Purdue, Case-Western y Washington, de Estados Unidos”, sostuvo Cocchieiri Botelho en declaraciones a Agência FAPESP.

En São José dos Campos, como no podría ser de otro modo, se concentran en buena medida los esfuerzos brasileños tendientes al desarrollo de nuevas tecnologías orientadas al sector aeronáutico.

João Luiz Filgueiras de Azevedo, coordinador de un grupo del Instituto de Aeronáutica y Espacio (IAE), dependiente del Departamento de Ciencia y Tecnología Aeroespacial (DCTA), que trabaja fundamentalmente con fluidodinámica computacional, presentó un ejemplo de ello durante la FAPESP Week.

Los científicos realizan simulaciones en computadora para analizar factores tales como la velocidad, la turbulencia, la presión, las temperaturas y otros, con importantes efectos sobre las aeronaves.

Las principales áreas de investigación se orientan al desarrollo de sistemas computacionales y de modelado y a estudios de factores tales como la turbulencia, la aeroacústica, la elasticidad y la interacción entre estructuras fluidas, flujos hipersónicos y optimización aerodinámica.

Más información sobre la FAPESP Week en el siguiente enlace: www.fapesp.br/week2016/michigan-ohio.