O Airbus A320neo chegou no mercado há pouco tempo, o primeiro voo dessa aeronave foi em 2014, e a primeira entrega em 2016, mesmo assim as fabricantes se antecipam, e já planejam uma nova geração, para ser lançada daqui 15 anos.

Todo esse prazo é devido aos estudos para atingir a fórmula final da nova aeronave, diferente do A320neo, que foi uma evolução com base no A320ceo, onde o “ator” principal é um conjunto de novos motores mais econômicos, nessa nova aeronave a Airbus precisa reinventar a tecnologia.

Para a nova aeronave, nós podemos esperar novas tecnologias na área de aerodinâmica, e também uma evolução na parte de estrutura, visto que o A320neo ainda utiliza em demasia ligas de alumínio, e está desalinhado com o conceito do A350, do irmão menor A220 e do Boeing 787.

Mas a Airbus ainda busca uma evolução na parte de propulsores, não é possível definir com exatidão a tecnologia dos motores nos próximos anos.

As fabricantes de aeronaves e motores desenvolvem propulsões baseadas em motores híbridos, ao mesmo tempo há uma evolução constante dos atuais propulsores, e a tecnologia de caixa de engrenagens, estreada no A320neo pela Pratt & Whitney, está sendo “transferida” para os motores de maior empuxo, que equipam os aviões widebody.

A CFM seguiu outra linha de pensamento, e investiu em novos materiais para seus motores CFM Leap-1, ela ainda não utiliza o conceito de caixa de engrenagens, mas conseguiu atingir a eficiência do mesmo. Isso resulta em uma pseudo conclusão onde há dois caminhos de saída.

    1. A CFM consegue melhorar ainda mais a eficiência dos seus motores, na faixa de empuxo do Leap-1, adaptando os novos materiais, mais eficientes, em um conceito de caixa de engrenagens.
    2. As fabricantes conseguem um novo padrão de motor a reação, ainda mais eficiente no consumo de combustível, às vezes utilizando tecnologia híbrida.

Por enquanto ficamos com os desenvolvimentos na área de aerodinâmica. Que falaremos melhor abaixo.


 

Asa de fluxo laminar

Em 2017 a Airbus iniciou estudos do projeto BLADE, que cria uma asa com total fluxo laminar natural, possibilitando uma economia de combustível na ordem de 5 a 9% somente com a redução do arrasto.

O objetivo desse programa apelidado de BLADE é obter uma asa com fluxo laminar natural, as asas dos aviões naturalmente têm a camada limite, que é uma parte com espessura mínima composta por ar turbulento colado na asa, acima dessa camada passa o fluxo laminar.

Notavelmente esse ar turbulento muda o comportamento do perfil aerodinâmico, por isso os engenheiros há 20 anos conhecem a possibilidade de criar uma asa com fluxo totalmente laminar de forma natural. É importante ressaltar que essa nova descoberta funciona e gera sustentação, por muito tempo acreditou-se que essa era gerada pela presença da camada limite.

A tecnologia até agora não foi aplicada porque não foi possível produzir em uma escala industrial asas que são, em primeiro lugar, suaves o suficiente para alcançar um fluxo de ar laminar e, em segundo lugar, aerodinamicamente robustas o suficiente para sustentar o desejado efeito nas operações aéreas diárias, com vários pousos e decolagens.

Um detalhe importante é que a asa precisa estar literalmente descontaminada para obter um fluxo totalmente laminar, pequenas sujeiras já alteram todo o comportamento em uma parte.

Foram 150 horas de voo com esse A340 para testar a nova tecnologia, que foi desenvolvida por 21 empresas da Europa, incluindo a Saab e a britânica GKN Aerospace. Os testes foram finalizados em setembro de 2018. O orçamento total do projeto é de 180 milhões de euros e os engenheiros devem “congelar” essa tecnologia em 2020.

Os testes de fluxo laminar são claramente destinados para a tecnologia de amadurecimento em um novo projeto de avião narrow-body de próxima geração. Enquanto a asa do A340 tem um ângulo de enflechamento de aproximadamente 30°, capaz de voar eficientemente com uma velocidade de cruzeiro de Mach 0.82/0.84. A asa laminar tem um enflechamento de cerca de 20°, a Airbus disse que esse ângulo é otimizado para voar em Mach 0.75.

Vendo o mercado do A320 isso não é preciso, já que comumente a aeronave faz voos com velocidade de Mach 0.78, a redução para 0.75 não afeta a percepção dos passageiros.

 

Novo projeto de asa

No início deste ano a Airbus começou a testar um novo conceito aerodinâmico, primeiramente utilizando uma espécie de “aeromodelo”, com vários sensores instalados.

O novo projeto, chamado de AlbatrossOne, é composto por aderir a um alto ângulo de diedro positivo nas pontas das asas, onde o novo formato deve predominar cerca de 1/3 do comprimento da asa.

A Airbus disse que o conceito é capaz de diminuir os esforços da asa para sustentar o peso da aeronave, e isso resulta em menores reforços na caixa de asa, uma estrutura especial localizada na parte central da fuselagem, onde as asas de uma aeronave são parafusadas.

Jean-Brice Dumont, Vice-Presidente Executivo de Engenharia da Airbus, disse: “Quando há uma rajada de vento ou turbulência, a asa de uma aeronave convencional transmite cargas enormes à fuselagem, portanto a base da asa deve ser fortemente reforçada, acrescentando peso à aeronave.”

As duas partes da asa foram construídas por polímeros reforçados com fibra de carbono e fibra de vidro, bem como componentes de fabricação de camadas aditivas.

A Airbus disse que se inspirou na natureza para desenvolver seu conceito de “dobradiça semi-aeroelástica”, para reduzir o arrasto e o peso total das asas, ao mesmo tempo em que combate os efeitos da turbulência e das rajadas de vento.

A pequena aeronave conduzida remotamente já realizou seus primeiros voos para provar o conceito. Os primeiros voos de teste do demonstrador AlbatrossOne, desenvolvido por engenheiros da Airbus em Filton, foram concluídos em fevereiro, após um programa de desenvolvimento de 20 meses. 

Não é possível saber o ganho exato de eficiência desse novo conceito, mas ele pode reduzir o peso da aeronave, ao retirar a exigência de esforços adicionais na estrutura da asa e da fuselagem.

 

Redução de peso

A redução de peso é o grande destaque das novas aeronaves, como o A350 e o A220.

O novo A220-300, projeto da Bombardier e depois comprado pela Airbus, consegue ser mais leve e eficiente em comparação com o próprio A319neo, e as duas aeronaves utilizam o mesmo conceito de motorização.

O A220 tem um peso vazio operacional (OEW) de aproximadamente 37000 kg, enquanto o A319neo tem um OEW de aproximadamente 42500 kg. As duas aeronaves levam até 160 passageiros no interior.

A regra é clara, com menor peso você precisa de uma quantidade de empuxo menor, se o motor tem uma potência menor, logicamente ele será mais econômico.

A Airbus consegue essa diminuição do peso de um narrowbody primeiramente seguindo o conceito do A220, de utilizar material composto (ou compósito) na fuselagem. Se considerarmos o projeto BLADE, as asas também serão em material composto, reduzindo o peso total da aeronave.

Outro ponto que pode interferir no projeto é a decisão da Airbus em relação à distribuição de assentos, o A220 tem fileiras (na econômica) em padrão 3-2, enquanto o A320neo tem maior seção de fuselagem opta pelo modelo 3-3.

A maior seção de fuselagem pode aumentar o peso total, e gera mais arrastos com a maior área frontal.

Além disso, alterações no interior da aeronave e nos sub-sistemas podem reduzir ainda mais o peso geral, como a Boeing, que escolheu baterias de lítio-ion para equipar o 787, apresentando uma redução de peso de aproximadamente 30 kg só nesse componente. O Fly-By-Wire é presente no A320 desde 1987, e já contribui para reduzir o peso.

 

Motores híbridos

No Paris Airshow a Airbus apresentou algumas novas tecnologias dessa área, como sua parceria com a Daher, Airbus e a Safran para desenvolver um avião híbrido, e a parceria do E-FanX com a Rolls-Royce.

A aeronave de testes se chamará E-FanX, com base no nome E-Fan, já utilizado pela Airbus em um protótipo que se aposentou neste ano, com capacidade para dois passageiros e autonomia de voo de 45 minutos, usando somente propulsão elétrica.

O E-Fan X será baseado na estrutura do BAe 146, serão três motores convencionais e um motor elétrico com potência de 2MW, aproximadamente 2680 cavalos-vapor. Para isso a Airbus precisa adaptar a estrutura para receber o motor elétrico. O primeiro voo desse protótipo deverá ser realizado até 2021.

A intenção das três empresas é clara, colocar em prova um motor elétrico de alta potência, para saber qual é o comportamento térmico do motor, bem como a propulsão gerada em uma altitude de cruzeiro simples, para o voo regional. A Airbus, juntamente com a Siemens, já aprendeu bastante com os conceitos Cri-Cri Elétrico, e-Genius, E-Star e o E-Fan, mas todos esses aviões usaram motores à hélice de baixa potência.

Outros efeitos podem ser observados em motores elétricos de alta potência, um campo magnético é formado, e a Airbus quer analisar como isso altera o comportamento do sistema elétrico de um avião, considere que atualmente uma aeronave da fabricante europeia é bem dependente do fly-by-wire.

 

Na época as responsabilidades foram divididas da seguinte forma:

– A Airbus seria responsável pela integração geral, bem como pela arquitetura de controle do sistema de propulsão híbrido-elétrico e as baterias, também cuida da integração com os controles de voo.

– A Rolls-Royce seria responsável pelo motor turbo-eixo, o gerador de dois megawatts e a eletrônica. Juntamente com a Airbus, a Rolls-Royce também trabalha na adaptação do fan à nacele existente e ao motor elétrico da Siemens.

– A Siemens fornece os motores elétricos de dois megawatts e sua unidade de controle eletrônico de potência, bem como o inversor, conversor DC/DC e o sistema de distribuição de energia. (Nota – A RR comprou a unidade de motores da Siemens)

Apesar de toda a organização para o projeto dar certo, essa tecnologia pode demorar para ser desenvolvida, levando mais de 20 anos de testes e adaptação para a realidade, e pode não entrar na nova geração do A320neo por falta de confiabilidade ou capacidade de adaptação. Então voltamos naquela história da próxima evolução dos motores de combustão pura.

 

Taxiamento elétrico

Se os motores híbridos podem demorar para alcançar seu desenvolvimento completo, uma tecnologia promissora para a próxima geração de aeronaves é o taxiamento totalmente elétrico.

Desde 2013 a Airbus trabalha em projetos para inserir a capacidade de impulso em solo a partir dos próprios pneus da aeronave, permitindo que a mesma não precise acelerar o motor a combustão para taxiar até a cabeceira de onde decolará, assim como pode desligar os motores a combustão após o pouso, enquanto taxia até a posição de parada.

A tecnologia está sendo desenvolvida em conjunto com a Escola Nacional de Aviação Civil da França (ENAC) e a Universidade de Aviação Civil da China (CAUC). O foco dessas duas instituições é desenvolver métodos de operação em alguns aeroportos da Ásia e Europa, mostrando a viabilidade da tecnologia.

O sistema tecnológico foi aproveitado de um projeto anterior da Safran, que foi desenvolvido em parceria com a Airbus e a Honeywell.

Parte verde representa o taxiamento sem motores.

“Esta solução seria especialmente vantajosa em aeroportos muito movimentados, onde as operações de taxiamento podem levar até 40 minutos”, disse a Safran.

Isso permite que os motores operem em um regime de potência reduzido quando em solo, diminuindo o consumo de combustível, visto que o deslocamento da aeronave será realizado através de motores instalados nas rodas do avião.

 

A Conclusão da Conclusão

Enquanto os projetos de aerodinâmica caminham em alta velocidade, com investimento da Airbus, a tecnologia de motores híbridos pode não figurar na próxima geração que substituirá o atual A320neo.

Especialistas da área estimam que a Airbus esteja interessada em lançar um substituto do A320neo no início da década de 2030, como citado no início dessa matéria.

Assim que a Airbus integrar boa parte dessas novas tecnologias, que em 10 anos estarão com um nível de confiabilidade bem superior, a fabricante precisará de um bom tempo para avaliar a nova aeronave.

Como todo novo avião disruptivo no mercado, que não é simplesmente uma remotorização da versão anterior, há uma certa demora para realizar todos os testes, geralmente o programa de certificação é bastante extenso em solo, como os testes de resistência da fuselagem, das asas, e simulações com o novo sistema elétrico.

A Boeing enfrentou dificuldades para desenvolver o 787 Dreamliner, mas o avião virou um sucesso de mercado, com eficiência acima dos concorrentes e até mesmo de aviões da mesma fabricante. A Bombardier apresentou o projeto do A220 em 2005, e o primeiro voo da aeronave só ocorreu em 2013, com a primeira entrega no final de 2016, totalizando 11 anos de desenvolvimento.

Desta forma, é bem provável que a Airbus apresentará uma nova geração do A320neo visando um período de desenvolvimento entre 6 a 9 anos.

 

Texto – Desenvolvimento Original Aeroflap