¿Por qué no hay aviones de pasajeros de ala mixta en funcionamiento?

Todos los estudios que hasta ahora mostraron una ventaja para los cuerpos de alas combinadas (BWB) fueron defectuosos.

El truco más utilizado es comparar un avión de pasajeros existente con un BWB hipotético que utiliza motores igualmente hipotéticos de eficiencia mejorada, como lo que podría esperarse dentro de 20 años. Esto enmascara la ineficiencia del concepto BWB y hace que la combinación salga adelante.

El BWB siempre tendrá más superficie que un diseño convencional comparable. Esto se traduce en más arrastre por fricción y más masa superficial, lo que compensa con creces cualquier ventaja que ofrece la raíz del ala más grande (que ayuda a reducir la masa del larguero del ala). Si le gustan los datos reales, utilice el Avro Vulcan como uno de los primeros BWB y compárelo con sus contemporáneos. Tenga en cuenta que los intentos de diseño de un avión de pasajeros basado en el Vulcan ( tipo 722 Atlantic ) no llegaron a ninguna parte.

¿Por qué se publican estos estudios de BWB? El autor llama más la atención cuando afirma un "avance revolucionario" que cuando es más honesto y admite que el concepto es un fiasco. Incluso a Boeing o Airbus les gusta publicar estudios de BWB, por lo que el público tiene la impresión de que están por delante de la competencia. Es repugnante leer estudios tan académicamente deshonestos: debe dedicar tiempo a profundizar en el asunto y desentrañar la trama; sin embargo, una vez que haya hecho esto varias veces, todos se volverán iguales. Pero en comparación con los estudios realizados hace 60 u 80 años, donde el autor enumera lo que hizo y por qué no funcionó (que es la única manera de aprender algo), esos estudios modernos son una pérdida de tiempo.

Las alas combinadas son más beneficiosas cuando se trata de aumentar la eficiencia del combustible y reducir el ruido.

Eso no ha sido probado. Puede haber beneficios aerodinámicos, pero desafortunadamente una aeronave también necesita tener una estructura de soporte. Y si observamos una configuración convencional, vemos un recipiente a presión (el fuselaje) sostenido por una superficie de sustentación (el ala). Cada uno tiene su propia función y está optimizado para hacerlo:

• El fuselaje tiene una sección transversal redonda, porque es la forma más ligera de recipiente a presión que podemos fabricar. Inclínelo, y también proporciona algo de elevación.
• El ala tiene el área de superficie más baja que podemos conseguir, para minimizar el arrastre por fricción. Otros factores en la ecuación de optimización son el arrastre inducido y el peso estructural.

Ahora combine las dos funciones. Un ala combinada o un cuerpo de sustentación también deben presurizarse, ¿cómo vamos a hacer eso? Cualquier cosa que no sea un cilindro de presión será pesado, y el peso adicional conlleva una penalización por arrastre. Si visualizamos un cilindro de presión dentro del ala combinada, inmediatamente comenzamos a preguntarnos si el ala no es demasiado grande para la carga útil de pasajeros requerida.

Comience con una carga útil de pasajeros, construya un recipiente a presión a su alrededor, proporcione superficies de elevación... Sigo pensando en el diseño convencional. Las aves, los murciélagos y los insectos también tienen este diseño, la naturaleza tampoco ha visto las ventajas de un ala combinada. La respuesta a su pregunta puede ser simplemente que el diseño convencional es el mejor.

Como cualquier otro artefacto de ingeniería, los aviones son el producto de compromisos entre el diseño, el perfil de la misión, la aerodinámica, la dinámica de vuelo, las estructuras, el motor, los sistemas, los requisitos de mantenimiento, los requisitos del aeropuerto, etc. Resulta que Jack Northrop tenía razón: alas voladoras y Los diseños de alas combinadas son la solución aerodinámicamente más perfecta para aeronaves pesadas subsónicas con el beneficio adicional de una sección transversal de radar muy baja, ideal para aplicaciones militares.

Cuando era pasante en Boeing en Everett, WA allá por el año 2000, consideramos la idea de las alas voladoras para los transportes civiles. Si bien la aerodinámica los hace muy atractivos para diseñar y construir, hay varias preocupaciones adicionales que, combinadas, impiden un mayor desarrollo de un transporte civil en esta configuración.

FACILIDAD DE MONTAJE: es más fácil montar un fuselaje semimonococo y una caja de alas que una sola caja de alas grande con una cabina en el interior.

EVACUACIÓN DE EMERGENCIA: el mayor inconveniente de las alas voladoras a gran escala es que tienen menos superficies disponibles para construir puertas de entrada y salida, lo que dificulta la evacuación rápida de la aeronave en una situación de emergencia. Como vara de medir, un A-380 puede evacuar un manifiesto total de 700 personas en pocos minutos pero el fuselaje también alberga nada menos que 16 salidas de emergencia equipadas con toboganes/balsas de escape para ello. Dicho número de salidas no es posible en un ala voladora, lo que hace que sea más difícil y peligroso realizar una evacuación en caso de emergencia.

FACILIDAD DE MANTENIMIENTO: los aviones convencionales contienen sus motores y sistemas en compartimentos de fácil acceso a lo largo de las partes inferiores del fuselaje y los pilones del ala o del cono de cola. En un ala voladora, estos sistemas están enterrados profundamente en la estructura donde no son fácilmente accesibles.

INFRAESTRUCTURA DEL AEROPUERTO: Las alas de vuelo tendrán tramos muy grandes, lo que empujará los límites dimensionales de las pistas, calles de rodaje, plataformas de rampa, puertas de terminales, etc. existentes, poniendo límites en las rutas a los aeropuertos que pueden acomodar estas aeronaves. Esto tiene un efecto directo en la flexibilidad operativa para las aerolíneas que buscan maximizar rutas óptimas, grandes volúmenes de tráfico de pasajeros de pago, etc.

El volumen interno a presurizar va a ser bastante grande. Es factible usar un cilindro dentro del cuerpo de ala combinado (BWB) como compartimiento de pasajeros. Penalización de peso, aumentos de estructura por cargas involucradas para compartimientos presurizados (pasajeros y carga crítica).

Teniendo en cuenta el mantenimiento, las inspecciones de estructuras compuestas y las reparaciones de superficies con curvas compuestas y finura superficial crítica, deja mucho que desear. Uno de esos costos a largo plazo: el consumo de combustible. Las aerolíneas prestan atención a esto, ya que es el mayor gasto a largo plazo. Puede ser una ventaja si los costos de la milla del asiento resultan ser.

Seguro. No existe ningún avión comparable con el que compararlo. ¿Cuánto crees que costará la cobertura? Los contadores y estadísticos no son tontos. Históricamente, el diseño de aeronaves siempre ha superado las capacidades de las centrales eléctricas. Va a tener que considerar los diseños con las centrales eléctricas existentes en mente. El SR-71 voló por primera vez con J-75 porque el J-58 aún no estaba allí. Ni siquiera consideren lo que será una central eléctrica dentro de veinte años.

Es necesario tener en cuenta la fiabilidad del envío en todas las fases del diseño. Montar los motores en lo alto del BWB hará que los cambios de motor sean rápidos, y mucho menos las inspecciones previas y posteriores al vuelo, muy por debajo de mi lista de cosas favoritas para hacer. La infraestructura de servicios terrestres necesitará mucha reflexión.

¿Dónde propone almacenar combustible en la estructura? Junto al habitáculo? A la carga automática no le gustará eso.

La efectividad marginal de la superficie de control reducirá el sobre de peso y balance permitido. El movimiento de combustible para acomodar el movimiento de carga autocargable y la colocación de carga no autocargable aumenta la complejidad. inaceptable. Las aerolíneas viven por el KISS Principal .

Los fabricantes de fuselajes y las líneas aéreas de todo tipo han estado considerando aviones BWB durante veinte años y aún no han puesto uno en servicio. Pregúntate por qué.

El timón normal simple o incluso doble no funcionará con un ala voladora. Esto se debe a una relación longitud/envergadura. Los aviones normales tienen una relación longitud/envergadura de más de 1. Las alas voladoras, por otro lado, tienen una relación de menos de 1. Para resolver este problema, el diseñador tiene que agrandar el timón o agregar más timón. Hasta 4 en YB-49 por ejemplo. Pero este timón más grande o agregado también proporciona una resistencia adicional, lo que anula la ventaja de baja resistencia que se supone que brinda el ala voladora.

Para el diseño sin timón, el problema es la estabilidad de guiñada. para proporcionar control de guiñada, los aviones sin timón utilizan algún tipo de sistema de frenado diferencial. El problema es que este sistema no proporciona estabilidad estática como la que proporciona un timón. Para crear una apariencia de estabilidad de guiñada, el sistema de frenado diferencial debe ajustarse regularmente durante todo el vuelo. Hecho manualmente, esto habría cansado al piloto rápidamente. Entonces, un avión sin timón requiere algún tipo de FCS autónomo para manejar esto. Este sistema automatizado explica el costo adicional y agrega un punto adicional de falla. Esto limita el uso de este tipo de diseño solo a militares y no a los aviones comerciales conscientes de los costos.

Las respuestas anteriores son todas muy buenas, pero sospecho que la razón más importante de la falta de aviones de pasajeros de ala combinada en servicio puede ser la más simple: a los voladores no parece gustarles mucho.

"Boeing iba a desarrollar un avión comercial de ala combinada en sus planes comerciales de 20 años, pero en sus pruebas iniciales del diseño descubrió que a los pasajeros no les gustaba en absoluto. El diseño de teatro de los asientos simplemente no generó una opinión favorable . resultado y eso hizo que Boeing abandonara todas las aplicaciones comerciales para el diseño de ala combinada, pero no las aplicaciones militares". [énfasis añadido]

http://occupytheory.org/boeing-797-hoax-desacreditado/

Habiendo dicho todo eso, me interesaría ver si se puede inducir a los pasajeros a cambiar de opinión al respecto mediante una combinación de:

1) Tecnología de visualización e iluminación mejorada en los años posteriores a la última prueba de este diseño. (Suponiendo que el problema fuera la claustrofobia causada por la falta de ventanas).

2) Perpetuamente reduciendo el ancho y el paso de los asientos en los diseños existentes para la clase económica. Si un diseño de ala combinada permite incluso un poquito de espacio adicional (me doy cuenta de que hay un análisis anterior que sugiere que no lo hará, pero si ), los viajeros con poco presupuesto que literalmente sienten el pellizco podrían ganarse.

3) Si los diseños de alas combinados son mediblemente más rápidos que sus contrapartes de ala y fuselaje, eso es oro. Si le pregunta a un participante de un grupo focal si le gustan las ventanas, naturalmente dirá que sí; pero si les pide que clasifiquen el valor de las ventanas frente a reducir algunas horas de su vuelo, es posible que obtenga una respuesta diferente.

El primer paso sería un transporte militar BWB. Los drones a escala X48B/X48C ayudaron a comprender muchos problemas asociados con el control. El costo del bombardero B2 fue principalmente el resultado de los primeros materiales sigilosos, el uso temprano de compuestos a gran escala. Si un B2 tuviera que ser rediseñado con materiales sigilosos actuales y costos compuestos reducidos, costaría una fracción de ese valor construirlo. El desafío sustancial que queda con los grandes aviones BWB es la presurización. La forma del tubo y el ala es mucho más fácil de presurizar (el ala no está presurizada, el tubo es una de las formas más fáciles de presurizar). El avión BWB parece tener una superficie más grande, pero eso no es cierto en comparación con un avión con la misma capacidad de carga/pax. Además, lo que importa no es el área de superficie total, sino la elevación total frente a la resistencia total. Una carrocería de alta elevación con menos resistencia: La relación de sustentación permite un crucero a mayor altitud, lo que reduciría en gran medida los requisitos de combustible. El avión de pasajeros BWB propuesto es casi el mismo que un A380, con una longitud mucho más corta, una cabina mucho más ancha y la capacidad de transportar carga más adentro del ala. Un A380 tiene 4 motores turbofan bastante grandes. Un BWB del mismo tamaño tendría 3 turboventiladores de tamaño similar en el fuselaje de popa.

El primer estudio en profundidad de la configuración del fuselaje de elevación en 80 años de David Singg en la Universidad de Toronto muestra que el LFC tiene el doble de "reducción de consumo de combustible" que el BWB/HWB en comparación con el tubo y el ala. Reivindicación de la labor realizada por el tejano Vincent Burnelli desde 1921 hasta 1964. Avión Google Burnelli.

Enlace de informe... http://oddjob.utias.utoronto.ca/~dwz/Miscellaneous/ReistZinggJofA2016.pdf

El BWB fue un buen paso adelante desde la configuración de tubo y ala, pero ahora ha surgido el diseño más eficiente y útil. Incluso esto no garantizará la producción. Así como el BWB no ha sido aceptado porque es un diseño demasiado radical, el fuselaje elevador tardará años en ganar la aceptación. Más investigación por venir.