Design de asa combinada: o tipo de avião do futuro?

Desde os primeiros dias da aviação, nós nos acostumamos com aeronaves muito parecidas. Muita coisa mudou na tecnologia das aeronaves, mas o projeto básico de asa fixa permanece o mesmo. Um conceito de asa combinada foi experimentado por décadas, com sucesso limitado na esfera comercial. Mas, à medida que fabricantes e companhias aéreas se concentram cada vez mais em melhorias de eficiência, poderíamos ver um novo formato de avião no futuro?

Airbus MAVERIC - A Airbus propôs uma nova aeronave de asa mista, oferecendo melhorias
de eficiência e espaço para armazenamento de combustível de hidrogênio (Foto: Airbus)

A aeronave de asa fixa

O objetivo da asa da aeronave é produzir sustentação enquanto se move pelo ar. A ideia de usar uma estrutura de asa para o vôo foi incorporada aos primeiros conceitos de planadores e máquinas voadoras. Por exemplo, os projetos de Leonarda da Vinci no século 16 foram baseados na reprodução mecânica de asas estendidas de pássaros.

A primeira aeronave motorizada a voar - com os irmãos Wright em 1903 - foi baseada em um projeto de asa fixa dupla. Isso evoluiu por meio de vários outros conceitos. Outros avanços significativos incluíram a introdução de controles de stick para roll and pitch com o Bleriot VII e fuselagens de metal durante a Primeira Guerra Mundial (o Junkers J1 alemão foi o primeiro a apresentar isso).

Essas primeiras aeronaves estabeleceram o padrão para muitas coisas que se seguiram. Naturalmente, muita coisa mudou nos projetos ao longo dos anos, com aeronaves se tornando maiores, usando materiais mais leves e compostos, e empregando melhorias aerodinâmicas significativas. Mas a aparência básica e a operação da asa fixa são as mesmas.

Winglets tem sido uma grande mudança de eficiência para a asa fixa (Foto: Getty Images)

Claro, a maioria das aeronaves há muito mudou para um projeto de asa única. Ainda assim, a posição abaixo, acima ou no meio da fuselagem varia de acordo com o projeto e a finalidade da aeronave.

A próxima geração do 777X da Boeing leva as asas fixas um passo adiante, com uma
grande envergadura, mas dobráveis ​​para melhor operação em solo (Foto: Getty Images)

Mudança para um design de asa combinada

Há uma variedade de designs de asa fixa em uso. Algumas das aeronaves menores usam uma asa fixa retangular simples (como o Piper PA 38). A maioria dos jatos maiores usava asas inclinadas para trás. Algumas aeronaves militares usaram asas inclinadas para a frente. E uma asa delta é comumente usada para jatos militares de alta velocidade, com desempenho supersônico mais eficiente. O Concorde, é claro, também usou uma forma de asa delta.

As asas delta do Concorde proporcionaram melhor operação supersônica (Foto: Getty Images)

A asa combinada, entretanto, é diferente de qualquer um desses designs de asa fixa. Uma aeronave de asa mista não tem fuselagem definida e, em vez disso, "mistura" a asa e a fuselagem em uma única construção. A aeronave inteira então fornece a sustentação necessária para o voo. Isso explica seu outro nome de 'asa voadora'. O maior espaço da fuselagem pode então ser usado para transportar carga útil - que pode incluir combustível, aviônicos, carga ou passageiros.

Planos de asas combinados antecipadamente

A asa combinada não é um conceito totalmente novo. Houve experiências com ele na Alemanha, URSS, Grã-Bretanha e nos Estados Unidos desde antes da Segunda Guerra Mundial. No uso militar, a asa combinada trouxe vantagem em eficiência, bem como detecção de radar.

Também houve interesse em desenvolvê-lo para uso de passageiros. O fabricante britânico Armstrong Whitworth desenvolveu o AW 52, com dois protótipos voando. Mas a pesquisa não levou a nenhuma aeronave de produção.

O fabricante norte-americano Northrop Grumman também se interessou. Desenvolveu o avião bombardeiro experimental YB-35 e YB-49. E na década de 1950, lançou planos para uma aeronave de asa voadora de passageiros, mas nunca prosseguiu com o desenvolvimento.

Desafios com design de asa combinada

Houve várias dificuldades que impediram as aeronaves de asa mista de ir mais longe. Uma asa combinada é freqüentemente apresentada como o projeto de aeronave teoricamente mais eficiente, com arrasto reduzido. Também é mais leve do que um projeto de asa fixa tradicional, melhorando ainda mais a eficiência.

Mas, na realidade, isso é difícil de conseguir. A área da fuselagem precisa ser profunda o suficiente para ser utilizável e isso pode aumentar o arrasto. Além disso, controle e estabilidade são desafios a serem superados.

Flying V da KLM - Para ser prático para aeronaves de passageiros, a fuselagem
 combinada deve ser profunda o suficiente (Foto: KLM)

Também existem desafios práticos que afetaram o design comercial. Estes incluíam:

• Tal aeronave teria uma grande área interna de fuselagem, portanto, teria como alvo apenas o mercado de aeronaves de alta capacidade. Isso valeria o alto custo de desenvolvimento em uma área não comprovada?
• Pode haver desafios operando em aeroportos menores (como vimos com o A380 devido à sua envergadura).
• Colocar os motores dentro da estrutura da fuselagem em vez de pods externos levaria ao acesso, bem como potenciais problemas de segurança.
• Estaria sujeito aos mesmos requisitos de segurança para emergências e evacuação. O Boeing 747 foi originalmente proposto com um convés superior completo, mas isso não poderia funcionar sob os limites de evacuação. Isso seria possível para uma cabine interna tão ampla?

Propostas atuais para asas combinadas

Como os aviões a jato têm se desenvolvido desde 1950, tem havido pouca discussão sobre a mudança para um design de asa combinada. As melhorias de eficiência concentraram-se na atualização dos motores, no design das asas e em componentes mais leves.

As aeronaves mais recentes, como o A350, são as mais eficientes até agora - com motor, asa
e melhorias de material. Um novo design pode levar isso mais longe (Foto: Getty Images)

A asa combinada continua sendo um próximo passo promissor em um design eficiente - se alguém puder fazer com que funcione. Nos últimos anos, tem havido algum interesse renovado. É claro que ainda está nos estágios iniciais, mas os protótipos do modelo já começaram a voar.

Projeto Flying-V da KLM

Uma dessas propostas é da KLM, trabalhando em conjunto com a Delft University of Technology em um projeto 'Flying V'. Esta é uma aeronave em forma de delta com cabines de passageiros de cada lado. A KLM afirma que isso poderia oferecer 20% mais eficiência de combustível do que o A350.

Proposta KLM Flying V (Imagem: KLM)

O Flying-V seria uma aeronave de longa distância e alta capacidade (cerca de 314). Com seu design combinado, seria mais curto que o A350, mas teria envergadura semelhante (importante, é claro, para operações aeroportuárias).

A KLM trabalha com a TU Delft desde 2018 e continua comprometida. Um primeiro marco foi alcançado em setembro de 2020, quando a equipe voou com um primeiro modelo Flying-V. Era um modelo de 22,5 kg com envergadura de 3,06 metros.

This summer, a team of researchers, engineers and a drone pilot of @tudelft travelled to Germany for the first real world test flight. After a period of extensive testing in the wind tunnel and a series of ground tests, it was time to find out: can the Flying-V actually fly? pic.twitter.com/Lq4f12oX0l

— KLM (@KLM) September 1, 2020

O CEO da KLM, Pieter Elbers, explicou na época como o projeto se encaixa na visão da KLM de maior eficiência e sustentabilidade. 

Ele disse: “Estávamos muito curiosos sobre as características de vôo do Flying-V. O design se encaixa em nossa iniciativa Fly Responsably, que representa tudo o que estamos fazendo e faremos para melhorar nossa sustentabilidade. Queremos um futuro sustentável para a aviação, e a inovação faz parte disso. Estamos, portanto, muito orgulhosos de termos conseguido isso juntos em um período de tempo tão curto.”

Propostas da Airbus

A Airbus é o primeiro dos principais fabricantes a revelar um futuro design de asa combinada. Ele revelou seu design no Singapore Airshow em fevereiro de 2020, junto com um modelo de protótipo de três metros de largura que já havia voado em 2019. O projeto da Airbus é denominado 'MAVERIC'. Significa Aeronave modelo para validação e experimentação de controles inovadores robustos.

Adrien Bérard, co-líder do projeto MAVERIC, explicou o compromisso da Airbus com o projeto: “Na Airbus, entendemos que a sociedade espera mais de nós em termos de melhoria do desempenho ambiental de nossas aeronaves. A configuração combinada do corpo da asa da MAVERIC é uma virada de jogo em potencial a esse respeito, e estamos ansiosos para levar a tecnologia ao limite.”

Uma aeronave de asa mista também faz parte da linha ZEROe da Airbus de aeronaves movidas a hidrogênio. As duas primeiras aeronaves são baseadas em um conceito regional turboélice e turbofan de corpo estreito, mas com hidrogênio como fonte de combustível. A terceira proposta é para uma aeronave de asa mista com capacidade de cerca de 200. A Airbus tem como alvo a primeira aeronave ZEROe em serviço até 2035 - mas este não será o projeto de asa mista.

As três aeronaves ZEROe da Airbus incluem um novo design de asa combinada (Foto: Airbus)

Funciona para armazenamento de hidrogênio

Uma das vantagens do design de asa combinada é o maior espaço da fuselagem. Isso tem relevância particular hoje em dia, já que as companhias aéreas e os fabricantes estão considerando uma possível mudança futura para o hidrogênio como fonte de combustível. Um dos desafios do hidrogênio combustível é o espaço adicional necessário para armazenar o combustível, especialmente para voos de longo curso.

As propostas ZEROe da Airbus destacam isso. Não apenas o design da asa combinada seria baseado no hidrogênio como fonte de combustível, mas o espaço adicional da fuselagem também poderia ser usado para armazenar hidrogênio.

A fuselagem maior poderia ser usada para armazenamento de combustível,
não apenas para o espaço dos passageiros (Imagem: Airbus)

Dentro de uma cabine de asa mista

Portanto, se um fabricante puder fazê-lo funcionar, uma aeronave de asa mista poderia oferecer uma operação mais eficiente para as companhias aéreas e uma transição mais fácil para o hidrogênio. Mas como seria para os passageiros?

Com uma cabine mais ampla, veríamos designs diferentes - com sorte, mais espaçosos (Imagem: Airbus)

A cabine não seria necessariamente maior no geral, mas teria um formato totalmente diferente do que estamos acostumados agora. Isso poderia, é claro, significar assentos mais largos (como soa uma cabine de quatro ou cinco corredores com 20 de largura?). Até agora, porém, estamos vendo novos designs inovadores acompanhando as primeiras propostas técnicas.

Em seu projeto MAVERIC, a Airbus propõe assentos econômicos em fileiras tradicionais na área central, com assentos giratórios da classe executiva dispostos ao redor da parte externa da cabine.

As poltronas da classe executiva girariam para a socialização (Imagem: Airbus)

O projeto V-Flyer da KLM lançou alguns conceitos novos mais inovadores. Isso inclui beliches de passageiros que fazem uso das paredes curvas da fuselagem. Ele também considerou assentos econômicos escalonados para mais privacidade e assentos suspensos de duas camadas.

Uma proposta de cabine da KLM e TU Delft com vários novos conceitos de assento (Imagem: TU Delft)