El revolucionario invento que silencia a los aviones sin que los motores pierdan potencia

En nuestro país los aeropuertos abren las 24 horas del día y los 365 días del año, convirtiendo la vida cotidiana de quienes viven en las inmediaciones en un constante ir y venir de aviones que pueden generar ruidos ensordecedores de hasta 140 decibelios, muy por encima del umbral recomendable para el oído humano. La exposición prolongada puede derivar en severos problemas de salud y cuadros de ansiedad, sobre todo por la falta de sueño, y los fabricantes de aviones todavía tienen mucho trabajo por delante para minimizar el impacto sonoro de sus modelos más habituales.

La mayor parte del estruendo provocado por los aviones comerciales tiene que ver con los reactores subsónicos y sus toberas, el módulo final del motor que se encarga de acelerar el flujo de gases de salida. El ruido que generan puede viajar en todas direcciones y, para limitarlo, un equipo de científicos de Instituto de Matemáticas Aplicadas y la Escuela de Mecánica e Ingeniería de Shanghái ha desarrollado el tratamiento de pared interior ondulada (WIW). Se trata de un método innovador que puede marcar la diferencia a la hora de reducir el ruido de los reactores sin que los aviones pierdan potencia.

Diseño del motor

Los motores de los aviones son responsables de algunos de los ruidos más fuertes que el ser humano puede generar. De ahí que el ingeniero chino Xiaolong Tang y su equipo se hayan centrado en proponer una alternativa viable para limitar sus decibelios y los resultados de su investigación han sido publicados en la revista especializada Advances in Aerodynamics.

Hasta que lleguen definitivamente los motores eléctricos a los aviones, la solución puede estar en el diseño de las toberas. Las paredes interiores cercanas a la salida de estas piezas son lisas, y lo que proponen Tang y su equipo es cambiarlas por superficies onduladas, con un dibujo específico que pueda 'desactivar' buena parte del ruido que generan los reactores.

Aviones aparcados en un aeropuerto iStock Omicrono

El principal componente del ruido de los aviones tiene que ver con las estructuras turbulentas a gran escala y a escala fina producidas por los reactores. Desde hace décadas se han propuesto diversos métodos de control del ruido, tanto activos como pasivos: los primeros utilizan microchorros para controlar el ruido y el empuje, mientras los segundos apuestan por cambiar la forma del borde de salida o el tipo de tobera. "Sin embargo, la necesidad de dispositivos adicionales ha dificultado la aplicación generalizada de estos métodos, y la mayoría de los sistemas de control activo siguen en fase experimental", señalan los autores del estudio.

Según Tang, el enfoque pasivo es más sencillo y efectivo, pero hasta la fecha llevaba asociado una considerable pérdida de empuje, por lo que en muchos casos se había descartado su aplicación. Sin embargo, el método de control de la pared ondulada o WIW apuesta por modificaciones geométricas muy pequeñas, "que introducen un sacrificio trivial en el empuje a la vez que mejoran la mezcla". Como resultado, consideran esta técnica como una de las más "prometedoras para el control del flujo y el ruido de los reactores subsónicos". 

Diseño de un motor a reacción iStock Omicrono

Para comprobar su eficacia, llevaron a cabo complejas operaciones matemáticas, como simulaciones de grandes remolinos (LES), el campo de flujo inestable o el ruido de campo lejano generado por los motores a reacción. A través de los datos obtenidos, buscaban predecir con exactitud los niveles de ruido generados por un reactor dotado de una tobera con WIW.

La conclusión fue que las paredes onduladas lograron alterar la distribución y producción de energía cinética turbulenta, lo que permitiría controlar eficazmente la generación y emisión del ruido, sobre todo en las altas frecuencias.

Otros métodos

En los últimos años se han desarrollado otras tecnologías e investigaciones para hacer frente a las molestias acústicas generadas por los aviones. Y no hace falta pensar en los aviones supersónicos, como el Concorde silencioso que la NASA pondrá a prueba este mismo año, sino en cualquier tipo de aeronave.

Uno de los desarrollos más prometedores corresponde a un equipo de científicos de la Universidad de Bath (Reino Unido), que ha desarrollado un aerogel en cuya formulación química se puede encontrar óxido de grafeno y alcohol polivinílico. 

Michele Meo, investigador líder del proyecto, junto con el material Universidad de Bath

Se trata del material de aislamiento acústico más ligero jamás construido, algo fundamental para las aeronaves actuales, donde los pesos extras se miden en gramos. Según sus creadores, si se usa dentro de los motores es capaz de reducir hasta 16 decibelios la huella acústica absorbiendo las vibraciones y el ruido de los motores. 

Otras aproximaciones se centran en elementos del fuselaje de los aviones como las alas. Es el caso de una investigación de la NASA, para la que se diseñaron diferentes tipos de ala y se comprobó su eficacia en el túnel de viento subsónico de las instalaciones de la agencia en Langley.

Laboratorio de la NASA probando un tipo de ala NASA Omicrono

En los test querían demostrar la eficacia de los conceptos para la reducción de ruido de los slats, superficies aerodinámicas en el borde de ataque del ala que se suelen usar durante los aterrizajes, construidos con aleaciones con memoria de forma (shape-memory alloys, en inglés).

"Las aleaciones con memoria de forma permiten sufrir deformaciones relativamente grandes y necesarias para que los dispositivos [slats] se guarden cuanto se retraigan", apuntó David Lockard, investigador principal de Quiet-High-Lift Version de la NASA. "Los slats de bajo nivel de ruido se desarrollaron utilizando pruebas a pequeña escala y técnicas computacionales que evaluaron su rendimiento aerodinámico, estructural y acústico". Ahora siguen con las investigaciones y todavía queda pendiente el desarrollo la tecnología necesaria para que los fabricantes puedan aplicarla en los aviones comerciales.

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