Un enfoque multidisciplinario basado en la física para el diseño preliminar y el análisis de rendimiento de una aeronave de rango medio con arquitectura de ala en caja
Autores: Abu Salem, Karim; Cipolla, Vittorio; Palaia, Giuseppe; Binante, Vincenzo; Zanetti, Davide
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Un enfoque multidisciplinario basado en la física para el diseño preliminar y el análisis de rendimiento de una aeronave de rango medio con arquitectura de ala en caja
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Innovaciones disruptivas
Sector de la aviación de transporte
Emisiones contaminantes
Cambio climático
Soluciones sostenibles
Saturación aeroportuaria
PrandtlPlane
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
La introducción de innovaciones disruptivas en el sector de la aviación de transporte se está volviendo cada vez más necesaria. Esto se debe a que hay muchos desafíos muy exigentes que el sistema de aviación de transporte tendrá que enfrentar en los próximos años. En particular, la reducción de las emisiones contaminantes del transporte aéreo y su impacto en el cambio climático deben ser abordados claramente; además, se deben encontrar soluciones sostenibles para satisfacer la demanda de tráfico aéreo en constante aumento y para reducir al mismo tiempo el problema de la saturación de los aeropuertos. Estos tres objetivos parecen estar en fuerte contraste entre sí; en este documento, se propone la introducción de una configuración de fuselaje disruptiva, llamada PrandtlPlane y basada en un sistema de elevación de ala en caja, como una solución para enfrentar estos tres desafíos. Esta configuración es una alternativa más aerodinámicamente eficiente a los aviones convencionales, introduciendo beneficios en términos de consumo de combustible y proporcionando la posibilidad de aumentar la capacidad de carga sin ampliar la envergadura total del avión. El desarrollo y análisis de esta configuración, aplicada a un avión de transporte de corto a medio alcance, se lleva a cabo a través de un enfoque basado en la física de múltiples fidelidades. En particular, tras una extensa actividad de diseño, se investiga en detalle el rendimiento aerodinámico en diferentes condiciones de operación, se evalúa el comportamiento estructural del sistema de elevación y se simulan las misiones operativas del avión. Las mismas metodologías de análisis se utilizan para evaluar el rendimiento de un avión de referencia con arquitectura convencional, con el objetivo de hacer comparaciones directas con el avión de ala en caja y cuantificar las diferencias de rendimiento entre las dos configuraciones. En concreto, se selecciona el CeRAS CSR-01, una representación virtual de acceso abierto de un avión similar al A320, como el punto de referencia convencional. Siguiendo este enfoque comparativo, el documento proporciona una evaluación de los beneficios potenciales de los aviones de ala en caja en términos de reducción del consumo de combustible y aumento de la capacidad de carga. En particular, se logra un aumento en la capacidad de carga del 66% y una reducción en el combustible por pasajero por kilómetro de hasta el 22% para el PrandtlPlane con respecto al punto de referencia convencional, manteniendo la misma envergadura máxima.
Descripción
La introducción de innovaciones disruptivas en el sector de la aviación de transporte se está volviendo cada vez más necesaria. Esto se debe a que hay muchos desafíos muy exigentes que el sistema de aviación de transporte tendrá que enfrentar en los próximos años. En particular, la reducción de las emisiones contaminantes del transporte aéreo y su impacto en el cambio climático deben ser abordados claramente; además, se deben encontrar soluciones sostenibles para satisfacer la demanda de tráfico aéreo en constante aumento y para reducir al mismo tiempo el problema de la saturación de los aeropuertos. Estos tres objetivos parecen estar en fuerte contraste entre sí; en este documento, se propone la introducción de una configuración de fuselaje disruptiva, llamada PrandtlPlane y basada en un sistema de elevación de ala en caja, como una solución para enfrentar estos tres desafíos. Esta configuración es una alternativa más aerodinámicamente eficiente a los aviones convencionales, introduciendo beneficios en términos de consumo de combustible y proporcionando la posibilidad de aumentar la capacidad de carga sin ampliar la envergadura total del avión. El desarrollo y análisis de esta configuración, aplicada a un avión de transporte de corto a medio alcance, se lleva a cabo a través de un enfoque basado en la física de múltiples fidelidades. En particular, tras una extensa actividad de diseño, se investiga en detalle el rendimiento aerodinámico en diferentes condiciones de operación, se evalúa el comportamiento estructural del sistema de elevación y se simulan las misiones operativas del avión. Las mismas metodologías de análisis se utilizan para evaluar el rendimiento de un avión de referencia con arquitectura convencional, con el objetivo de hacer comparaciones directas con el avión de ala en caja y cuantificar las diferencias de rendimiento entre las dos configuraciones. En concreto, se selecciona el CeRAS CSR-01, una representación virtual de acceso abierto de un avión similar al A320, como el punto de referencia convencional. Siguiendo este enfoque comparativo, el documento proporciona una evaluación de los beneficios potenciales de los aviones de ala en caja en términos de reducción del consumo de combustible y aumento de la capacidad de carga. En particular, se logra un aumento en la capacidad de carga del 66% y una reducción en el combustible por pasajero por kilómetro de hasta el 22% para el PrandtlPlane con respecto al punto de referencia convencional, manteniendo la misma envergadura máxima.