Boeing 777X, eficiencia en grandes dimensiones

Boeing

El debut del 777X ha vuelto las miradas a Boeing, que inició el programa de desarrollo  en noviembre de 2013, y a pesar de los retrasos para su primer vuelo, el fabricante mostró al mundo este 2020 el despegue del mayor bimotor construido hasta hoy.

Siete años tomaron a Boeing el desarrollo de la nueva versión del popular avión de fuselaje ancho. La apuesta de la firma apunta a seguir trabajando con la exitosa aeronave de doble pasillo desarrollada en la década del 90, pero renovada bajo nuevos estandares de emisión de contaminantes y eficiencia.

Respaldado por el éxito previo

Desde su primer vuelo en junio de 1994, Boeing ha entregado 1.558 ejemplares del “Triple Siete”. Y hoy apuesta por la nueva versión, bajo el programa “777X” que conseguiría el desarrollo del primer 777-9, proyectado a despegar en el primer trimestre de 2019 y debutar en Le Bourget en Paris, sin embargo, según reveló Terry Beezhold, líder de ingeniería de la aeronave, este no conseguiría elevarse de Everett antes del primer trimestre de este año, mientras que su versión menor, el 777-8, conseguirá este hito unos 18 meses después.

Finalmente, el gigante 777X despegó el 25 de enero pasado sobre el campo de Boeing en el estado de Washington, y sus características asombran a la industria.

Su longitud es de 76.7m (251, 9 pies), haciéndolo tres metros (10 pies) más largo que el 777-300ER. Cuatro marcos de fuselaje adicionales le dan una longitud extra, por lo que será el avión más largo jamás construido por Boeing. Marginalmente más largo que el 747-8 de 76.2 m (250, 2 pies), y unos cuatro metros (13,2 pies) más que el Airbus A380 de 72.7m de largo (238,7 pies) con tal es la longitud que lo hará ser sólo 7.2 m (23,8 pies) más corto que el icónico Antonov An-225 Myria de 84 metros de largo (275.7).

La envergadura del 777-9 es realmente impresionante, con 71.7m (235,5 pies) entre un extremo y otro, es decir, siete metros más (23 pies) que el 777-300ER, que posee 64.8 metros (212,9 pies) de extensión alar.

Estas extraordinarias medidas se explican porque uno de objetivos principales del nuevo concepto, es cumplir con la propuesta de llevar a cerca de 400 pasajeros en su nueva familia de bimotores, transformándolos en los primeros con esta facultad del mundo. Es decir, una capacidad de 414 asientos distribuidos en dos clases, considerando que el 777-300ER cuenta con 396 en una configuración similar.

777-9, interior, Clase Business , vista frontal de los asientos de derecha a izquierda, Blue Sky Interior. Boeing
Primera clase , Interior gris, luz ambar y vista de la pantalla multifunción. Boeing

El nuevo diseño consideró ensanchar la cabina en 50 mm (2 pulgadas) en el contorno del fuselaje, por sobre el 777-300ER, permitiendo diez asientos de cada lado en una disposición típica de 3-4-3.

Para las principales aerolíneas que forman la base de pedidos del nuevo 777X, el interés se ha concentrado justamente en la capacidad del de poder albergar más asientos de primera clase, que es donde se logra una mayor recaudación de ingresos para los operadores.

GE9X, el más poderoso

Según General Electric (GE), el GE9X será el motor con mayor eficiencia de combustible que la empresa haya producido. Se diseñó para proporcionar un 10% menos de consumo de combustible en relación al GE90 empleado en los 777 actuales.

GE Aviation

 

Además de ser más potente, su relación de derivación y presión es mejor que la versión predecesora del 777. Se mantiene dentro de los límites de ruido de la Etapa 5, lo que significa un viaje más silencioso para los pasajeros. Cuenta con el complejo de ventiladores más grande jamás producido por la compañía, con solo 16 aspas en la parte principal.

El motor ha sido sometido a pruebas rigurosas de sus componentes durante dos años de vuelo montado en un 747. GE dice que las aspas compuestas del ventilador han realizado más de 100 millones de horas de vuelo antes de que el motor entre en servicio. De hecho, el GE9X ha estado en pruebas desde 2013, donde la compañía ha utilizado procesos de fabricación modernos, incluida la impresión 3D.

Carga

Su relación de transporte de carga lo hace exponencialmente rentable, considerando el modelo de negocios que emplea gran parte de sus potenciales y futuros operadores. La versión 777-9 contará con una bodega ampliada de 230,2m metros cúbicos  (8,131 pies cúbicos) en relación a los 201.6 metros cúbicos (7,120 pies cúbicos) del 777-300ER. La nueva versión podrá transportar 48 LD3 (26 en la sección delantera y 22 en la trasera), cuatro unidades más que el 300ER.

De acuerdo con las características de la aeronave para el documento de planificación aeroportuaria, el 777-9 tendrá un máximo peso al despegue (MTOW) de 351.534kg (775,000 lb), es decir, prácticamente lo mismo que el 777-300ER, lo que da claras muestras de la innovación en su aeroestructura.

777-8

La versión menor del programa tendrá casi siete metros (23 pies) menos que el 777-9. Por consiguiente, menos asientos que su avión hermano (365 pasajeros en dos clases), y aunque no se ha revelado el detalle, el fuselaje acortado presume de menor carga bajo del piso. A pesar de lo anterior, la característica principal del 777-8 será su capacidad de alcanzar unos 16.090 km (8,690 millas náuticas), lo que en palabras del líder del programa, abre nuevas posibilidades de desarrollo de rutas para aerolíneas.

El 777-8 podrá realizar vuelos de ultra larga distancia en su configuración para 365 pasajeros en rutas como New York-Auckland.

Medaviation and edge

Al igual que con las anteriores familias de aviones de fuselaje ancho, incluidas las antiguas versiones, los 777-9 y 777-8 están diseñados para ser complementarios. Beezhold dijo que “el 777-9 da gran capacidad y el 777-8, alcance”. Boeing señala que ambas variantes serán capaces de volar en zonas de gran altura y temperatura (Ciudad de México-Madrid); larga distancia y calor (Los Ángeles-Dubai); larga y alta carga útil (Sao Paulo-Sídney); y ultra largo alcance (New York-Singapur).

Es importante señalar que aunque el 777-9 no está optimizado para operaciones de ultra largo como el 777-8, posee una alcance de 13.940 km (7,525 mn) que le permitirían realizar vuelos con 414 plazas ocupadas entre Los Ángeles y Londres, con un MTOW de 351.534 kg (775,000 lb).

Uno de los ejes en la propuesta industrial de diseño del 777X es su versatilidad para ocupar las necesidades del mercado de cara al futuro. La capacidad y alcance del 777-9 logra un aumento considerable en comparación a los 396 asientos del 777-300ER, sus dos clases y 13,650 km (7,370 millas náuticas) de alcance. Así como también las del 777-8 son superiores a los 317 asientos del 777-200LR y a su reconocido alcance de 19.840 km (8,555 millas náuticas).

En términos de eficiencia, Boeing afirma que el 777X, en sus dos variantes, serán un 20% más eficientes en combustible por asiento en relación al 777-300ER. La compañía también asegura que, en comparación con el Airbus A350-1000, la principal competencia para el nuevo 777, tiene un consumo menor de un 12% de combustible por asiento, 10% más barato, y que su estructura genera un 12% menos de emisiones de dióxido en su fabricación, al ser producido con materiales compuestos.

El fabricante señala que el A350-1000 se posiciona como el único competidor directo para el 777-8, pero que, sin embargo, ven mayor capacidad operativa en el 777-8. Además cuenta con la planta motriz GE9X, los más grandes motores jamás construidos. Estos jugarán un papel central en el nuevo avión cuando logren la promesa en operaciones reales.

Otro aspecto que conforma la ecuación de su gran rendimiento son sus alas, desarrolladas con compuestos de plástico reforzado de fibra de carbono, donde se destaca el larguero (central) de 32 m (105 pies) de longitud, la pieza más grande de material compuesto desarrollada para un avión hasta hoy. Con la incorporación de los nuevos materiales, se deja atrás a las clásicas estructuras 100% metálicas, implementándolas en casi todas las secciones del avión, incluso en articulaciones, lo que otorga un ahorro de peso que se traduce en un beneficio en el rendimiento.

Los paneles compuestos, pieles alares y largueros se producen en la fábrica de Boeing en Everett, adyacente a la línea de ensamblado final de los 777. En tanto en la factoría de St. Louis, Missouri, se producen otros componentes de las alas, incluidos los bordes de entrada y salida como también sus mecanismos móviles.

Mecanismo de Plegado Alar

Sistema de plegado desarrollado por Liebher Aerospace, en la foto la primera unidad de Emirates en la Línea de Ensamblado Final. Boeing

Una característica realmente particular del 777X es que pliega las puntas de sus alas, es decir, tiene una extensión de ala variable, donde comúnmente hoy van winglets, algo nunca antes visto en un avión comercial.

Boeing quería una envergadura amplia para la familia 777X, según el enfoque general de la compañía, hacia una nueva ingeniería en rendimiento de combustible y eficiencia operacional. Sin embargo, las envergaduras anchas imponen limitaciones; los reglamentos de aviación civil internacional que rigen las operaciones en aeropuertos han impuesto separaciones entre aeronaves en tierra, y objetos en calles de rodaje y puertas, donde las ambiciones de Boeing no conseguían compatibilizar.

Los códigos para aviones con diseño de envergaduras mayores de 52 m (170,6 pies) pero menos de 65 m (213,2 pies) se clasifican en el código E y las aeronaves con envergaduras de entre 65 m y 80 m como el 747-8 y el A380, están categorizados por separado bajo el código F. La envergadura completa de 71.6 m (235,5 pies) pondría los 777X en el código F en lugar del código E, pero generaría un problema mayor al no poder utilizar la mismas puertas de los Super Jumbos, entonces ese requeriría hacer cambios en la infraestructura para aceptar a los 777X, algo remotamente posible por lo que la solución de Boeing aeroespacial fue determinante: las alas deben llevar un mecanismo de plegado para los 3.3 metros (11 pies) que sobrepasan los límites del código E.

Beezhold indicó que “cuando estábamos mirando el diseño del ala, donde el tramo óptimo hubiera sido proporcionar mayor eficiencia con nuevos winglets, vimos que la respuesta correcta era aumentar el largo de la estructura y luego poner la punta del ala plegable para mantener la compatibilidad de la norma aeroportuaria, buscando siempre quedar dentro de los márgenes del código E, lo que significa un gran desafío, y lo hemos conseguido con un sistema fiable y sencillo”.

Las puntas de las alas que se extienden y retraen. Una vez en tierra, estas secciones serán retraídas dejándolas en posición vertical, entonces el 777X tendrá los mismos 64.8 metros (212,9 pies) de envergadura como los modelos actuales. Usando un panel de control dedicado en la cubierta de vuelo de la tripulación, la maniobra de pliegue y despliegue se realizar de forma manual mediante un sistema mecánico de redundancia, robusto y simple donde es incluso posible regular el ángulo de la acción.

La empresa alemana Liebherr Aerospace es la encargada de proveer el mecanismo gracias a su larga trayectoria en el diseño de sistemas para controles de vuelo primarios. Cabe señalar que el sistema completo se fabrica en forma de paquete en St. Louis y se envía a Seattle.

Diseño y Rediseño

Para optimizar la aerodinámica y sus materiales, el fuselaje también fue completamente rediseñado. Nuevos carenados de ala-fuselaje y un nuevo empenaje han sido parte del desafío industrial. Se destacan además las góndolas del motor GE9X como un importante logro. Aunque GE diseña la central motriz, Boeing es responsable de la góndola, el inversor de empuje y la entrada. El líder de ingeniería dijo que se uso un flujo laminar natural para garantizar una optima eficiencia en las partes. Agregó que el 777X tendrá un motor de un solo proveedor, lo que es beneficioso “puedes tener múltiples motores pero nos asociamos con GE para poder concentrar de manera dedicada el futuro de la operación, ahorrando lo de las adaptaciones a diferentes tipos de motores” añade Beezhold.

Los fabricantes de aviones han concentrado sus esfuerzos en la búsqueda de nuevas formas de optimizar el perfil del ala en vuelo, cambiando los puntos de cargas y garantizando el flujo de aire alrededor del ellas. En el 777X hay una inclinación variable del borde posterior y un sistema de supresión de ráfagas verticales. La inclinación variable adapta la posición del ala y el sistema de supresión de ráfagas despliega las aletas, alerones y spoilers para mover la carga de ráfagas alrededor del ala así dar una forma más aerodinámica.

Beezhold explicó que estos sistemas funcionan gracias a los acelerómetros montados en la separación vertical y lateral del ala, donde las ráfagas actúan en ambas direcciones. Estos sensores envían automáticamente señales electrónicas a la actuadores, que luego hacen pequeños ajustes a los controles de vuelo para distribuir la carga uniformemente a través del plano y garantizar un optima flujo de aire y menor resistencia.

La combinación de la envergadura y la variaciones aerodinámicas son una ciencia ya trabajada en la familia 787. En tanto el uso en el 777X de compuestos en el ala y de comba variable y supresión de ráfagas son tecnologías por las que el Dreamliner se ha destacado y que se han replicado. El nuevo 777 incorpora el sistema de control FCS como también el sistema de núcleo común CCS para la gestión informática del complejo digital. Este actúa como su sistema nervioso central y aloja el control de aviónica y funciones de servicios a pasajeros. En la producción actual del 777, el CCS se incluye como plataforma informática base. El CCS del 777X, suministrado por GE Aviation, es como el de 787, y contiene tres elementos principales: procesamiento para el software de aplicaciones; la red de interconexión y los RDC que reducen considerablemente el cableado en la aeronave, a través de conexiones locales a sensores y otras puertos de enlace digital. Junto a los dos gabinetes que almacenan los procesadores y 21 RDC, acompañado diez interruptores.

El CCS usa un bus de datos basado en el Ethernet ARINC 664, pero también hay algunos sistemas que usan el bus de datos ARINC 629 que se desarrollo para el 777 original. Estas señales A629 se convierten en una  A664 a través de un “convertidor implantado” en el bus de datos.

Boeing

GE también rediseño el RDC para hacerlo más específico al 777X. Asimismo el EAFR mejorado es un ejemplo de tecnología transferida del 787 al 777X. Este tiene una mayor capacidad que los registradores existentes y, según GE, es el primero en cumplir con la nueva regulación FAA de registros de vuelo, además el sistema tiene su propia fuente de alimentación. El EAFR cuenta con conectividad de red que permite la adquisición de datos de vuelo reconfigurables y es capaz de proporcionar funciones de grabación requeridas por la FAA, tales como la grabadora digital de datos de vuelo, de voz de la cabina, enlace de datos y registro de imágenes en una sola unidad. El EAFR de GE forma parte del paquete de comunicaciones de la red de la aviónica Collins.

Otra similitud entre el nuevo 777 y el 787 es el panel de instrumentos, este presentará en cinco pantallas de aviónica Collins Aerospace de gran formato tactilares como parte del paquete ProLine Fusion.

Boeing afirma que el 777 es muy confiable, así que un aspecto que se quiso asegurar era trasladar los sistemas que están funcionando realmente bien, entre ellos el sistema de protección antihielo del ala y cabina por lo que usaron la arquitectura neumática convencional con aire a alta presión desviada de los motores, en lugar de la energía eléctrica como la del 787.

El sistema de generación de energía del 777X, fabricado por UTC Aerospace, comprende dos generadores de accionamiento integrados de 150 kW, un generador auxiliar, tres generadores para las unidades de control y una de control de potencia, que en palabras de la compañía proporcionará un 25% más de poder que el sistema en corriente producción del 777.

Con las nuevas implementaciones en la aviónica, se lograr· una rápida transición de los pilotos. Boeing también ha buscado localizar los interruptores de control en los mismos lugares. Por ejemplo, Beezhold explica que “la sobrecarga P5 del panel es muy similar a la del 777, con el objetivo de que que la interfaz de la tripulación se mantenga. Todo el esfuerzo por generar similitudes operaciones cumple el objetivo de minimizar los costos operativos clave, como gestión de repuestos y formación de pilotos. La intención es que los nuevos 777 se apeguen al sistema de clasificación y respaldo de los tres modelos de 787”.

La Cabina

Se puede decir que en el interior es donde más lejos quedan los antiguos 777, pero aquí es donde la similitud, guardando las proporciones, con el 787 Dreamliner son más evidentes. Y es que se puede decir que el 787 ha sido realmente revolucionario en la oferta de experiencia a bordo, en tanto los mejores elementos han sido implementados en el nuevo triple siete, como las amplias ventanas con variación de tonos, un sistema de purificación de aire mejorado e iluminación led.

Interior nocturno. Boeing

La presurización también será similar al Dreamliner a una altitud de 1.828 m (6,000 pies). Boeing explica que la altitud más baja del 787 se logró por un mayor nivel de presurización, gracias a los compuestos en el fuselaje, sin embargo, como se destaca, el 777X conserva la estructura de aluminio en el fuselaje, entonces ¿cómo se podra conseguir una presurización similar al Dreamliner?, una respuesta que el fabricante se ha reservado hasta hoy.

Boeing, con el inicio de operaciones de los nuevos 777-9 y 777-8, consigue una firme posición en el mercado de fuselaje ancho, con un fiable y moderno portafolio. Con cimientos en las tres versiones del Dreamliner (787-8, 787-9 y 787-10), junto a los dos nuevos Triple Siete, sumando cinco tipos de aviones de largo alcance diferenciados en rango, capacidad de pasajeros y carga. Variantes que lo proveen de distintas herramientas para hacer frente al difícil escenario que ha presentado su competidor directo, Airbus.