¿Por qué el B787 es uno de los pocos aviones con ala electrotérmica anti-/deshielo?

En parte porque el 787 no tiene aire de purga disponible para ningún propósito. Sus motores no extraen aire sangrado tradicionalmente. Cualquier sistema neumático extrae aire de otras bombas. Por lo tanto, se necesita un sistema antihielo electrotérmico en las alas, ya que no hay aire de purga disponible.

Los sistemas antihielo tradicionales utilizan el aire de purga del motor a través del sistema neumático. El aire de purga del motor es aire comprimido a alta presión por el compresor del motor. Debido a los efectos termodinámicos, el aire también se calienta a temperaturas bastante altas. Luego, este aire se purga del motor a través de válvulas para alimentar el sistema neumático de la aeronave. Luego, el aire neumático se rocía en el interior del borde de ataque del ala o del capó del motor para evitar la acumulación de hielo.

La purga del motor es una fuente de energía muy costosa en un avión porque comprimir aire no es tan eficiente, el núcleo del motor tiene que ser un poco más grande para acomodar el mayor flujo de aire y el sistema neumático en sí mismo suele ser uno de los sistemas menos confiables en el aeronave. El sistema también utiliza muchos conductos grandes que son pesados ​​y ocupan mucho espacio, lo que dicta pasajes más grandes en la estructura, lo que nuevamente es más pesado. Sin embargo, el aire de purga está disponible, lo que lo convierte en una atractiva fuente de energía.

El 787, sin embargo, eliminó la gran mayoría del sistema neumático (ver el enlace Sports Racer publicado arriba http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/articles/qtr_4_06/article_04_3.html ). Esto reduce bastante el consumo específico de combustible de los motores. Reduce el peso y elimina un sistema muy poco fiable de la aeronave.

El 787 puede salirse con la suya porque tiene motores de arranque/generadores eléctricos muy avanzados. Los generadores pueden producir alrededor de 500 KW cada uno, significativamente más que cualquier otro avión Boeing. Dado que hay tanta energía disponible, las mantas térmicas electrónicas para antihielo son factibles, ningún otro avión Boeing tiene el exceso de energía para usar antihielo eléctrico en las alas. Además de ser mucho más ligeras, las mantas eléctricas también utilizarán la energía de forma más eficiente.

Aunque los generadores aún extraen energía de los motores, lo que aumenta el consumo de combustible, el proceso es mucho más eficiente que el uso de aire de purga.

FYI: Los generadores también son los motores de arranque, lo que elimina otro componente neumático importante en otros aviones.

La razón es que es nuevo. El B787 es uno de los pocos ejemplos recientes de un avión en el que a los ingenieros se les permitió volver a la mesa de dibujo y realmente innovar. Por lo tanto, es uno de los únicos ejemplos de una generación de aviones verdaderamente nueva. La mayoría de las veces, cuando se le pide a un ingeniero aeroespacial que trabaje en un nuevo avión, se le exige, por muchas razones, que se base en gran medida en sistemas "heredados" que ya han sido probados en vuelo. Solo cuando existe un caso comercial exigente para diseños completamente nuevos, un ingeniero puede innovar. El B787 estaba destinado a ser un avión de largo alcance que competiría con aviones más grandes (como el A380) con capacidad para más personas. La idea era ofrecer más vuelos con el mismo o mejor costo per cápita. Para hacer realidad esa visión, el 787 tenía que ser significativamente más eficiente en combustible.

Hay dos grandes cambios que requieren un sistema electrotérmico de protección contra formación de hielo: 1) el uso de compuestos y 2) la eliminación del sistema de purga de aire que muchos otros han mencionado. La purga de aire es, por definición, una ineficiencia. El sistema extrae el aire caliente de los motores a reacción para evitar la formación de hielo en las alas. De lo contrario, toda la energía utilizada por el sistema de purga de aire se habría utilizado para producir empuje. Y ese aire caliente es mucho más caliente de lo que realmente necesita para proteger la aeronave de la acumulación de hielo. Existe un gran deseo en la industria de la aviación de deshacerse de los sistemas de aire de purga ineficientes; sin embargo, estos sistemas están integrados en la estructura de la aeronave, por lo que realmente no se pueden eliminar hasta que un modelo de aeronave en particular se rediseñe por completo.

El otro factor que mencioné fueron las estructuras compuestas. El B787 es el primer avión comercial importante fabricado en gran parte con materiales compuestos. Los compuestos hacen que la aeronave sea más liviana y, por lo tanto, más eficiente en combustible. Como mencioné antes, el aire sangrado es más caliente de lo necesario para proteger la aeronave del hielo. También es más caliente de lo que la mayoría de los compuestos de fibra de carbono pueden tolerar. El aire de purga caliente se canaliza desde el motor a través de las alas hasta los bordes de ataque de las alas, por lo que existe la preocupación de que las aeronaves compuestas dañen la estructura de la aeronave con aire extremadamente caliente. Los sistemas electrotérmicos eliminan esta preocupación al aplicar calor solo donde y cuando se necesita y solo con la energía necesaria. Hay compuestos de alta temperatura, pero son más caros y, dado que el aire de purga es ineficiente, es mejor optar por la electrotermia.

Veremos que todas las aeronaves principales recurren a la protección contra hielo basada en electricidad en el futuro. De hecho, ha habido otros modelos de aviones "nuevos" desde el 787, pero todo es cuestión de si el caso comercial para esos modelos era lo suficientemente sólido como para justificar un costoso esfuerzo de reingeniería y recertificación (por ejemplo, con la FAA) . Por ejemplo, un avión 737 más pequeño que normalmente viaja dentro del mismo continente tiene menos necesidad de estas eficiencias. Dicho esto, Boeing tiene planes para que todos sus modelos sean rediseñados a la imagen del '87 cuando sea el momento adecuado. Y otros fabricantes de equipos originales de aeronaves están realizando cambios similares.