¿Podrían las alas de los aviones comerciales ser más delgadas si no se almacenara combustible en ellas?

No.

El grosor del ala está dictado principalmente por las demandas estructurales. Tiene que proporcionar un carenado aerodinámico para el larguero del ala. Hacerlo más delgado aumentaría la masa de la estructura interior.

Para simplificar las cosas, imagine el larguero del ala como una viga en I. Tiene dos alas que soportan cargas de tensión y compresión, y un alma entre las alas para transmitir cargas de corte. El momento de flexión soportado por el larguero es el producto de las fuerzas en las alas y la distancia entre ellas. Si reduce la distancia, las fuerzas deben aumentar para mantener constante el momento de flexión. Fuerzas mayores darán como resultado bridas más grandes para mantener las tensiones en el material por debajo del límite elástico .

Limitar el grosor es el deseo de volar a un cierto número de Mach . Un ala en movimiento necesita empujar el aire que tiene delante hacia un lado, y las alas más gruesas necesitan empujar más. Esto da como resultado una mayor aceleración del flujo alrededor del ala, y las alas más gruesas tienen un número de Mach crítico más bajo (el número de Mach de vuelo cuando el flujo local alcanza Mach 1). Esta penalización por arrastre es especialmente severa en vuelos supersónicos.

Las alas más gruesas también ayudan a crear coeficientes de sustentación máxima más altos, hasta cierto punto. El diagrama a continuación (tomado de este sitio web) muestra que un espesor de superficie aerodinámica del 12 % brinda los mejores resultados, lo que ayuda a mantener baja el área del ala. Un ala más gruesa también facilita la integración de dispositivos complejos de gran sustentación, lo que nuevamente ayuda a reducir el área del ala.

El grosor del ala resultante es siempre un compromiso, y el volumen de combustible es solo el resultado de ese compromiso. Si un ala necesita almacenar más combustible, los diseñadores elegirán una relación de aspecto más baja , pero dejarán el grosor relativo sin cambios. Si se requiere menos combustible, los tanques se harán más pequeños y nuevamente el espesor no cambiará.

Las alas de los aviones están diseñadas únicamente a partir de consideraciones aerodinámicas y estructurales. Los cazas supersónicos a menudo tienen alas mucho más delgadas (y almacenan combustible en el fuselaje) porque esos son los requisitos del vuelo supersónico. Para el vuelo subsónico (y transónico, que son la mayoría de los aviones de pasajeros y aviones de negocios modernos; en algunas partes del ala, el flujo de aire es realmente supersónico), las alas gruesas están bien, son estructuralmente mucho mejores y brindan espacio para los tanques de combustible y las ruedas.

Posiblemente, pero no tener combustible en el ala probablemente sea un efecto de hacer las alas más delgadas, en lugar de una causa impulsora.

En el pasado, la teoría del perfil aerodinámico delgado gobernaba el día, y los diseñadores usaban vigas externas para soportar dos superficies de elevación en una configuración de biplano. Eche un vistazo al De Havilland Dragon , que utilizó la sección aerodinámica RAF 15 (t/c máx. del 6,5 %), como ejemplo. Compare esto con el Boeing 247 , que se introdujo un mes después (mayo frente a abril de 1933) y también transportaba diez pasajeros, pero usaba una sola ala en voladizo, sin soportes externos. Su sección de ala, el Boeing 106 (t/c máx. del 13,5 %), era lo suficientemente gruesa como para contener una estructura de soporte interna.

El principal beneficio de tener todos los miembros estructurales contenidos en el ala es la reducción de la resistencia. También obtiene algunos otros beneficios, como la demora en la parada debido al borde de ataque redondeado y espacio para almacenar su combustible debido al mayor volumen cerrado. Es poco probable que algún diseño serio de avión regrese a una configuración de biplano.

Hoy en día, gracias a la gran cantidad de materiales y herramientas de diseño que tienen los ingenieros, el grosor del ala parece ser de alrededor del 10% según algunas ofertas de Airbus/Boeing. Por lo general, un diseño moderno cambiará el perfil aerodinámico desde la raíz hasta la punta, por lo que será más alto en algunos lugares y más bajo en otros. Es posible que si estas técnicas se aplicaran a los diseños de biplanos, podríamos obtener algunas alas realmente delgadas, pero el avión tendría una gran resistencia y probablemente no se vendería.

Dicho esto, algunos conceptos organizan las alas de manera que te permitan salirte con la tuya. En particular, Lockheed Martin ha propuesto un concepto de ala cuadrada (para el cual no pude encontrar el nombre) y Boeing ha estudiado un diseño con alas arriostradas llamado Subsonic Ultra Green Aircraft Research (SUGAR). Si uno de estos diseños termina reduciendo la cantidad de rigidez necesaria en el larguero del ala, los diseñadores probablemente reducirían el grosor del larguero (y por lo tanto del ala) para ahorrar peso. Dependiendo de la cantidad de espesor que eliminen, es posible que ya no valga la pena almacenar combustible en el ala.