Estas mejoras en el diseño de los aviones buscan reducir el ruido que producen, decibelio a decibelio | Ciencia

A mediados de diciembre de 2023, una manifestación organizada en Irlanda puso de manifiesto la gran preocupación de los ciudadanos por el ruido de los aviones comerciales. Los manifestantes se reunieron en los aledaños de las oficinas donde la autoridad aeroportuaria de Dublín (DAA) debatía una ampliación planificada de sus instalaciones. El cántico coreado por los manifestantes era “Wrong way DAA”, un lema que podría traducirse como “Así no, DAA”.

Este tipo de reacciones son comunes en toda Europa, dado que los aeropuertos tratan de ampliar sus actividades mientras que los residentes de las zonas cercanas a las rutas de los vuelos exigen soluciones al ruido provocado por los aviones al despegar y aterrizar. En septiembre, el aeropuerto de Schiphol en los Países Bajos limitó sus vuelos a causa de los niveles de ruido, lo que consternó a las aerolíneas, que sufrieron un significativo impacto económico como consecuencia de ello. Esta tensión entre los intereses comerciales y los de la ciudadanía ha llevado a la comunidad investigadora a buscar soluciones para conseguir que los aviones puedan volar emitiendo menos ruido. En vista de los cerca de 30.000 vuelos diarios en Europa, prevenir los problemas de salud asociados ha sido uno de los principales motores de la investigación.

“Los aviones hacen mucho ruido, especialmente en el despegue, pero también en el aterrizaje”, explica Werner Haase, consultor aeronáutico alemán y experto en aerodinámica, con un doctorado de la Universidad Técnica de Berlín, quien añade: “Estar durmiendo y que un avión pase por encima de tu casa puede llegar a ser muy disruptivo. El impacto social de este tipo de ruidos es muy elevado”. Aunque los aviones sean ahora un 75 % más silenciosos que hace tres décadas y el transporte por carretera produzca una contaminación acústica mucho mayor que la aviación, el incremento del tráfico aéreo ha provocado que mucha gente se vea afectada por el nivel de ruido.

En Europa, 22 millones de personas padecen «irritación crónica» a causa del ruido ambiental, entre el que se incluye el de los aviones, según un informe de la Comisión Europea que cita afecciones asociadas, como las enfermedades cardiovasculares, el estrés y los acúfenos. En ese informe también se indica que cada año se producen 12.000 muertes prematuras a causa de la exposición prolongada al ruido ambiental y que 12.500 niños en edad escolar experimentan dificultades de aprendizaje asociadas exclusivamente al ruido de los aviones.

La contaminación acústica es la segunda causa ambiental de problemas de salud después de la contaminación atmosférica, según la Organización Mundial de la Salud de las Naciones Unidas. Mediante el Plan de acción contaminación cero, de 2021, la Comisión Europea pretende reducir el número de personas que padecen molestias crónicas por el ruido del transporte en un 30% durante esta década.

Rediseño de ‘flaps’ y ‘slats’

INVENTOR, un proyecto financiado por la UE, tiene como objetivo lograr que los aterrizajes sean menos molestos para los ciudadanos que viven cerca de los aeropuertos. El proyecto se centra en el tren de aterrizaje y en los flaps y los slats —que se encuentran en la parte delantera y trasera de las alas, respectivamente—. Cuando un avión se aproxima a un aeropuerto, el tren de aterrizaje se extiende y se modifica la posición de flaps y slats para aumentar la sustentación a baja velocidad, según explica el Dr. Eric Manoha, director de la unidad de investigación en aeroacústica computacional del centro francés de investigación aeroespacial ONERA.

“Los aviones siguen una trayectoria de descenso gradual a lo largo de una ruta predeterminada. Esto significa que los aviones sobrevuelan constantemente a baja altura los hogares de un mismo grupo de personas”, indica Manoha, quien dirige el proyecto INVENTOR, iniciado en mayo de 2020 y que se extenderá hasta finales de octubre de 2024. Esta iniciativa, que reúne a los principales fabricantes aeronáuticos de Europa, Airbus y Dassault, así como al fabricante de trenes de aterrizaje Safran Landing Systems, trata de encontrar solución al ruido generado tanto por los flaps y los slats en las alas como por el tren de aterrizaje.

Si bien los motores de los aviones son una de las principales fuentes de ruido durante el despegue, conseguir que flaps, slats y tren de aterrizaje generen menos ruido podrá producir una gran mejora en términos generales durante las aproximaciones y los aterrizajes, cuando los motores son menos ruidosos. «Entre un 30 % y 50 % del ruido causado por los aviones en estas fases del vuelo proviene del fuselaje, no del motor», matiza Manoha.

El equipo de INVENTOR está probando una serie de cambios con respecto al diseño de los aviones para reducir el nivel de decibelios, con el objetivo de que el sector de la aviación pueda aplicar las propuestas que surjan del proyecto. Uno de esos cambios consistiría en colocar una estructura porosa pasiva delante del tren de aterrizaje para alterar el flujo de aire que interactúa con la estructura, lo que amortiguaría el ruido. Otro de ellos tiene que ver con la instalación de un dispositivo activo en el tren de aterrizaje que expulse el aire. Esto crearía una cortina de aire que, de nuevo, reduciría el ruido al desviar el flujo de aire.

Es importante también tener en cuenta el tren de aterrizaje cuando se intenta lograr que se reduzca el ruido de los flaps de las alas, que se extienden durante el despegue y el aterrizaje para aumentar la sustentación y la resistencia. “La estela del tren de aterrizaje afecta a los flaps. Y eso causa ruido”, explica Manoha.

El equipo del proyecto ha incorporado un material poroso en el flap para reducir el ruido generado por el flujo de aire a su alrededor. También está evaluando distintas opciones para reducir el ruido de los slats mediante materiales porosos, así como el ruido generado por los dispositivos mecánicos que sirven para extender los slats.

Predecir para reducir los decibelios

Los aviones más silenciosos surgirán más bien por el efecto acumulativo de todas estas pequeñas mejoras en el diseño que por un solo cambio en particular. Por ejemplo, los aviones de fuselaje estrecho de última generación emiten entre 75 y 80 decibelios durante el aterrizaje. “Nuestro objetivo es conseguir una reducción de entre uno a tres decibelios por elemento del fuselaje. Cada pequeño paso es un avance”, indica Mahona.

En cualquier caso, aquellos ciudadanos de la UE que residan cerca de aeropuertos deberán seguir siendo pacientes. Si bien algunas soluciones tecnológicas podrían incorporarse en los aviones existentes, las mejoras más significativas en relación con los ruidos del tráfico aéreo solo llegarán con la siguiente generación de aviones de pasajeros.

Otro proyecto independiente financiado por la UE, que ha sido liderado por Werner Haase y que acaba de concluir, adoptó un planteamiento más general de la problemática. Llamado DJINN, el proyecto se centró en mejorar los métodos de simulación utilizados por los fabricantes de aviones para predecir el ruido de las futuras aeronaves. El proyecto, que se inició en junio de 2020 y llegó a su fin en noviembre de 2023, hizo uso de métodos de análisis numéricos avanzados y de informática de alto rendimiento para predecir los flujos de fluidos y mejorar las prestaciones aerodinámicas y acústicas de los aviones.

Sus conclusiones ayudarán a los fabricantes de aviones a experimentar con opciones de diseño para reducir el ruido. “Estos métodos han llegado a ser más precisos que los que utiliza la industria a día de hoy para calcular el ruido. Se trata de algo muy importante para el sector, pues lo que buscan es mejorar sus diseños”, indica Haase. A diferencia del proyecto INVENTOR, DJINN examinó el ruido generado tanto por los motores como por el fuselaje, e incluyó como participantes en el proyecto a los fabricantes de aviones Rolls-Royce y Safran Aircraft Engines.

Cubiertas para los motores

Uno de los posibles cambios en el diseño estudiados por el equipo de DJINN es darle una forma dentada a la salida del motor. Se ha demostrado en algunas pruebas que las cubiertas de los motores con diseño dentado, que ya se incorporan en algunos modelos de Boeing, reducen el ruido de los motores de los aviones.

Hasta ahora, Airbus ha optado por no utilizar cubiertas de motor dentadas, alegando escasa eficacia contra el ruido y que existen otras opciones para reducir el ruido, como el uso de flaps porosos. “Todas las opciones tienen sus pros y sus contras. La cuestión acerca de cuál es el enfoque más adecuado sigue abierta”, señala Haase. En cualquier caso, si bien puede que estos cambios no se incorporen de inmediato en los aviones, tanto Haase como Manoha ven con optimismo las perspectivas de reducir el ruido en los aviones en vista de los avances que se están dando en la investigación.

En este contexto, el sector de la aviación tiene un incentivo para acelerar estos cambios, ya que los aeropuertos europeos regulan cada vez más las tarifas de aterrizaje y despegue en función de los niveles de ruido de los aviones. Esta práctica responde a la creciente preocupación por el medio ambiente y a protestas públicas como la del pasado mes de diciembre en Irlanda. “El ruido de los aviones está afectando a la vida de varias personas cada día. Gracias a las nuevas tecnologías podremos reducir estas molestias”, concluye Manoha.

Las investigaciones descritas en este artículo han sido financiada con fondos del programa Horizon de la UE. Las opiniones de los entrevistados no reflejan necesariamente la de la Comisión Europea.

Artículo publicado originalmente en Horizon, la revista de investigación e innovación de la Unión Europea.

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