L'ala ibrida consuma la metà del carburante di un aereo standard

Gli ingegneri aerospaziali sanno da tempo che abbandonare una fusoliera tubolare convenzionale a favore di una forma alare ibrida simile a una manta potrebbe ridurre drasticamente il consumo di carburante. Un team della NASA ha ora dimostrato un metodo di produzione che promette di rendere pratico il design.

Ala: La NASA ha costruito un prototipo telecomandato del suo design ad ala ibrida.

In combinazione con un tipo di motore estremamente efficiente, chiamato motore con rapporto di bypass ultra elevato, il design dell'ala ibrida potrebbe utilizzare la metà del carburante degli aerei convenzionali. Anche se potrebbero volerci 20 anni prima che la tecnologia arrivi sul mercato, il metodo di produzione sviluppato dalla NASA potrebbe aiutare a migliorare i velivoli commerciali convenzionali entro i prossimi 8-10 anni, stima Fay Collier, un program manager della NASA.

La tecnica di produzione riduce il peso dei componenti strutturali di un aereo del 25 percento, il che potrebbe ridurre significativamente il consumo di carburante. I progressi sono il culmine di uno sforzo triennale da 300 milioni di dollari da parte della NASA e di partner tra cui Pratt & Whitney e Boeing.

Ci sono due sfide chiave con il design dell'ala volante. Uno è come controllare un aereo del genere a basse velocità. La NASA aveva già affrontato questo problema costruendo un aereo di prova telecomandato largo sei metri (l'X-48B) per dimostrare i modi per controllare le ali ibride. Sulla base di questi test e dei test in galleria del vento, la NASA ha costruito un aereo telecomandato più grande che ha iniziato i voli di prova lo scorso anno.

La seconda sfida è costruire una versione in scala reale dell'aereo con cabine pressurizzate che sia strutturalmente sana. Uno dei motivi per cui gli aeroplani tubolari hanno persistito è che è relativamente facile costruire un tubo in grado di resistere alle forze che agiscono su di esso dall'esterno durante il volo mantenendo la pressione in cabina. Il design dell'ala ibrida prevede una fusoliera più piatta, simile a una scatola, che si fonde con le ali. La struttura più piatta, che include alcuni angoli quasi retti, è molto più difficile da costruire in un modo abbastanza forte e leggero da essere pratico.

Il processo di produzione della NASA inizia con canne preformate in composito di carbonio. Le aste sono ricoperte di tessuto in fibra di carbonio e cucite in posizione. Il tessuto viene quindi cucito su strisce di schiuma per creare traverse. Il tessuto è impregnato con una resina epossidica per creare una struttura composita rigida.

Le sezioni di una fusoliera costruite con la tecnica sono state testate e hanno dimostrato di resistere alle forze che sarebbero applicate a un aereo finito. I test hanno anche dimostrato che quando è stata applicata una pressione sufficiente per causare il cedimento delle parti, le cuciture utilizzate per realizzare la struttura hanno impedito la diffusione delle crepe, una chiave per evitare guasti catastrofici in volo.

I ricercatori stanno ora costruendo una struttura pressurizzata a due livelli di 30 piedi di larghezza che verrà utilizzata nel tentativo di convalidare l'approccio di produzione. Tale struttura dovrebbe essere completata entro il 2015.

Per ottenere una riduzione del 50 percento del consumo di carburante, il design dell'ala ibrida dovrà incorporare un design avanzato del motore. Collier dice che i motori a bypass ultra-alto sono una buona partita. In un design a bypass ultra alto, la ventola anteriore del motore è molto più grande del nucleo del motore, dove l'aria viene compressa e avviene la combustione. Ventilatori così grandi possono essere difficili da montare sotto l'ala, poiché i motori sono montati nella maggior parte degli aerei di linea convenzionali. Il design dell'ala ibrida prevede il montaggio dei motori sopra l'aereo, piuttosto che sotto le ali. (Il design del montaggio superiore riduce anche i livelli di rumore.)

La NASA ha aiutato Pratt & Whitney a sviluppare prototipi di motori a bypass ultra-alto, che dovrebbero entrare in uso commerciale per la prima volta il prossimo anno, a partire dai velivoli Bombardier C-Series. La NASA sta ottimizzando ulteriormente i motori per sfruttare il design del montaggio superiore nell'aereo ad ala ibrida.

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