Meteorología aeronáutica: microvibraciones podrían reducir la turbulencia y ahorrar combustible en aviones a 1,030 km/h

A unos 1,030 kilómetros por hora, un avión comercial no solo debe avanzar contra el aire. También debe enfrentar pequeñas perturbaciones que crecen sobre sus alas hasta transformar un flujo relativamente ordenado en otro caótico. Y esta turbulencia invisible aumenta la resistencia aerodinámica y obliga a los motores a consumir más combustible.

Ahora, un equipo encabezado por investigadores de la Universidad de Colorado Bpulder, propone combatirla de una forma que podría resultar contradictoria: utilizando vibraciones. No, no se trata de sacudir las alas. La idea es incorporar debajo de ellas estructuras capaces de producir movimientos microscópicos que contrarresten las alteraciones del flujo antes de que se amplifiquen.

Otro tipo de turbulencia

Cuando se habla de turbulencia aeronáutica, normalmente pensamos en los movimientos bruscos experimentados al atravesar corrientes de aire irregulares, tormentas, ondas de montaña o zonas de fuerte cizalladura del viento. Pero aquí hablamos de una turbulencia diferente.

Esta investigación se concentra en la capa límite, una delgada región de aire que está en contacto directo con la superficie del avión. Dentro de ella, el flujo puede comenzar de manera laminar, con capas relativamente ordenadas y casi paralelas, pero pequeñas perturbaciones pueden crecer hasta convertirlo en turbulento.

Y ese flujo turbulento genera una mayor fricción sobre la superficie. En condiciones de crucero, esta fricción puede representar cerca de la mitad de la resistencia total de algunos aviones, según investigaciones de la NASA. Por ello, retrasar la transición hacia la turbulencia en la capa límite permitiría reducir parte de la fuerza que se opone al avance del avión.

No significa que los pasajeros dejarán de sentir las sacudidas provocadas por la atmósfera durante el vuelo. El objetivo es que el aire se desplace de manera más ordenada sobre una mayor porción de las alas y otras superficies del vehículo, disminuyendo así la resistencia y por tanto permitiendo ahorrar combustible.

Un material que responde al aire

La propuesta se basa en las llamadas subsuperficies fonónicas, estructuras sintéticas instaladas debajo de una superficie lisa. Su funcionamiento depende de los fonones, que son vibraciones diminutas que se propagan dentro de los materiales.

Cuando una perturbación del flujo ejerce presión sobre la superficie, las unidades fonónicas reaccionan con un movimiento en sentido opuesto. Esta respuesta busca restarle energía a esa inestabilidad para impedir así que siga creciendo.

En el caso de los aviones, el sistema sería pasivo: funcionaría sin sensores ni mecanismos externos. El movimiento del aire activaría por sí mismo las diminutas vibraciones del material.

Dos propiedades para controlar el flujo

La propuesta combina dos propiedades. La primera, llamada superresonancia, permite que el material responda a perturbaciones de distintas frecuencias y no solamente a una específica. En las simulaciones, logró controlar cuatro perturbaciones dentro de un rango de frecuencias cinco veces mayor que una estructura convencional.

La segunda, denominada interferencia sin dispersión, utiliza una red de unidades fonónicas para extender el efecto a lo largo de una superficie mayor. Juntas, ambas propiedades buscan debilitar las alteraciones del flujo y retrasar su transición de laminar —ordenado y con pocos remolinos— a turbulento en la capa límite.

¿Cuánto combustible podría ahorrar?

Por ahora, no hay una cifra exacta de cuánto combustible permitiría ahorrar esta tecnología, pues los resultados proceden únicamente de simulaciones. Como referencia, la NASA estima que reducir 10 % la resistencia por fricción podría disminuir alrededor de 9 % el consumo de combustible.

El beneficio real dependerá de varios factores: cuánto retrase la turbulencia, el área del avión cubierta, el peso añadido y su funcionamiento bajo diferentes velocidades, temperaturas y condiciones atmosféricas.

Las subsuperficies fonónicas aún no han volado, pero sus prototipos avanzan hacia pruebas en túneles de viento. Si demuestran su eficacia, estas vibraciones imperceptibles podrían ayudar a transformar no solo la aviación, sino también el transporte marítimo y otras tecnologías donde la turbulencia aumenta el consumo de energía.