Tecnologia com potencial de economizar combustível na aviação comercial está em teste sob um caça F-15
Olhando para o futuro, o trabalho da NASA com o CATNLF pode abrir caminho para viagens aéreas comerciais mais eficientes e pode um dia estender capacidades semelhantes ao voo supersônico
Pesquisadores da NASA concluíram com sucesso um teste de táxi em alta velocidade de um modelo em escala de um design que poderia tornar as aeronaves futuras mais eficientes, melhorando o fluxo de ar na superfície das asas e economizando combustível e dinheiro.
Em 12 de janeiro, o artigo de teste do Fluxo Laminar Natural Atenuado por Fluxo Cruzado (Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow – CATNLF) atingiu velocidades de aproximadamente 231 km/h, marcando seu primeiro grande passo.
O modelo em escala, com cerca de 90 cm de altura, parece uma barbatana montada sob a fuselagem de um dos jatos de teste F-15B da NASA. No entanto, é um modelo em escala de uma asa, montado verticalmente em vez de horizontalmente. A configuração permite que a NASA teste em voo o design da asa utilizando uma aeronave existente.
O conceito CATNLF visa aumentar um fenômeno conhecido como fluxo laminar e reduzir a resistência do vento, também conhecida como arrasto.
Um estudo computacional da NASA, realizado entre 2014 e 2017, estimou que a aplicação de um design de asa CATNLF em uma aeronave grande de longo alcance, como o Boeing 777, poderia gerar uma economia anual de combustível de até 10%. Embora quantificar as economias exatas que essa tecnologia poderia alcançar seja desafiador, o estudo indica que elas poderiam alcançar milhões de dólares por aeronave a cada ano.
“Mesmo pequenas melhorias na eficiência podem resultar em reduções significativas no consumo de combustível e nas emissões para as companhias aéreas comerciais,” disse Mike Frederick, investigador principal do CATNLF no Armstrong Flight Research Center da NASA em Edwards, Califórnia.
Reduzir o arrasto é fundamental para melhorar a eficiência. Durante o voo, uma fina camada de ar, conhecida como camada limite, se forma muito próxima à superfície de uma aeronave. Nessa área, a maioria das aeronaves experimenta um aumento no atrito, também conhecido como fluxo turbulento, onde o ar muda de direção abruptamente. Essas mudanças abruptas aumentam o arrasto e o consumo de combustível.
O CATNLF aumenta o fluxo laminar, ou o movimento suave do ar, dentro dessa camada limite. O resultado são aerodinâmicas mais eficientes, menor atrito e menor consumo de combustível.
O conceito foi desenvolvido inicialmente pelo projeto Advanced Air Transport Technology da NASA e, em 2019, pesquisadores do Armstrong desenvolveram a forma inicial e os parâmetros do modelo. O design foi posteriormente refinado para maior eficiência no Langley Research Center da NASA em Hampton, Virgínia.
“A tecnologia de fluxo laminar tem sido estudada e utilizada em aeronaves para reduzir o arrasto há muitas décadas, mas historicamente teve aplicação limitada,” disse Michelle Banchy, investigadora principal do CATNLF no Langley.
Essa limitação se deve ao crossflow (fluxo cruzado), um fenômeno aerodinâmico em superfícies inclinadas que pode terminar prematuramente o fluxo laminar. Embora asas grandes e anguladas, como as encontradas na maioria das aeronaves comerciais, proporcionem eficiências aerodinâmicas, as tendências de crossflow permanecem.
Em um teste de túnel de vento em Langley, realizado em 2018, os pesquisadores confirmaram que o design do CATNLF alcançou com sucesso um fluxo laminar prolongado.
“Após os resultados positivos no teste de túnel de vento, a NASA viu potencial suficiente na tecnologia para avançar para os testes de voo,” disse Banchy. “Testes em voo permitem aumentar o tamanho do modelo e voar em um ar com menos turbulência do que no ambiente de túnel de vento, o que é ótimo para estudar o fluxo laminar.”
A aeronave F-15B de testes do NASA Armstrong oferece o ambiente de voo necessário para os testes de fluxo laminar, disse Banchy. A aeronave permite que os pesquisadores enfrentem questões fundamentais sobre a tecnologia, mantendo os custos mais baixos do que alternativas, como substituir a asa de uma aeronave de teste por um modelo em escala real do CATNLF ou construir uma aeronave demonstradora dedicada.
O CATNLF atualmente se concentra na aviação comercial, que cresceu de forma constante nos últimos 20 anos, com o número de passageiros esperado para dobrar nos próximos 20, segundo a Organização Internacional de Aviação Civil. Aeronaves comerciais de passageiros voam a velocidades subsônicas, ou mais lentas que a velocidade do som.
“A maioria de nós voa em velocidades subsônicas, então é onde essa tecnologia teria o maior impacto no momento,” disse Frederick. Estudos computacionais anteriores da NASA também confirmaram que tecnologias como o CATNLF poderiam ser adaptadas para aplicações supersônicas.
Nas próximas semanas, o CATNLF deve iniciar seu primeiro voo, marcando o início de uma série de testes para avaliar o desempenho e as capacidades do design em voo.
Olhando para o futuro, o trabalho da NASA com o CATNLF pode abrir caminho para viagens aéreas comerciais mais eficientes e pode um dia estender capacidades semelhantes ao voo supersônico, melhorando a eficiência de combustível em velocidades ainda maiores.
“O teste de voo do CATNLF no Armstrong da NASA trará a tecnologia de fluxo laminar um passo mais perto de ser implementada em aeronaves de próxima geração,” disse Banchy.
