Poco después del amanecer del 27 de marzo de 2001, el piloto de la NASA Bill Rieke despegó de un aeródromo a las afueras de Phoenix en el Learjet 25 azul y blanco de la NASA y voló bajo sobre una serie de micrófonos para realizar la primera prueba en vuelo de una tecnología pionera de la NASA.
En uno de los motores del avión había una tobera experimental de bordes dentados que los investigadores del Centro de Investigación Glenn de Cleveland habían descubierto que hacía que los aviones fueran mucho más silenciosos. Estas pruebas de vuelo iniciales fueron un paso importante hacia el uso de estas «toberas chevron» en los aviones modernos, reduciendo los niveles de ruido para las comunidades.
La NASA Glenn lleva estudiando formas de reducir el ruido de los motores desde que aparecieron los primeros aviones a reacción en los años cincuenta. Los nuevos motores turbofán de los años 60 eran más silenciosos, pero la expansión de la industria aeronáutica en general hizo que el ruido siguiera siendo un problema. Con la introducción de los mandatos de limitación del ruido en los años 70, la NASA y los fabricantes de motores se embarcaron en una búsqueda durante décadas de tecnologías para reducir los niveles de ruido.
Los investigadores de la NASA descubrieron que el uso militar de muescas rectangulares, o lengüetas, a lo largo de la salida de la tobera de un motor -para ayudar a disimular la firma infrarroja de un caza- también podía reducir el ruido del motor al ayudar a mezclar el aire caliente del núcleo del motor y el aire más frío que sopla a través del ventilador del motor. En los años noventa, Dennis Huff, investigador de Glenn, y sus colegas descubrieron que una forma dentada o de diente de sierra, denominada chevron, era más prometedora.
La NASA contrató a General Electric y Pratt & Whitney para desarrollar una serie de diseños de lengüetas y chevrones que se analizarían en el exclusivo Laboratorio de Propulsión Aeroacústica (AAPL) de Glenn. Las exhaustivas pruebas realizadas en la primavera de 1997 mostraron las posibilidades de reducir el ruido con este tipo de toberas.
Los fabricantes de motores quedaron impresionados con los resultados, pero recelaban de cualquier tecnología que pudiera afectar al rendimiento. Así que, en 1998, la NASA financió pruebas de motor de los 14 diseños más prometedores. Las pruebas revelaron que la tobera chevron tenía una reducción insignificante del 0,25% del empuje. Fue un gran avance para la investigación sobre el ruido de los reactores.
En septiembre de 2000, se contactó con el departamento de operaciones de vuelo de Glenn sobre la logística de las pruebas en vuelo de las toberas Chevron en el Learjet 25 del centro para verificar las pruebas en tierra y mejorar los modelos informáticos. Sin embargo, la petición no se concretó hasta principios del año siguiente, cuando Huff informó a Rieke, jefe de Operaciones de Vuelo, de que los investigadores querían realizar las pruebas de vuelo a finales de marzo, con sólo ocho semanas para prepararse.
La Sección de Acústica de Glenn colaboró con colegas del Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton (Virginia) y con el fabricante de motores Honeywell, con sede en Arizona. Tenían previsto realizar las pruebas en el puerto Estrella Sailport, a las afueras de Phoenix, del 26 al 28 de marzo de 2001.
Con las revisiones de seguridad y diseño requeridas, el plazo de ocho semanas sería difícil de cumplir para cualquier vuelo de prueba, pero éste era especialmente difícil porque implicaba modificaciones en la góndola del motor. Aunque la tobera especial creada por los ingenieros para los vuelos les permitiría alternar entre un diseño de seis y 12 chevrones durante las pruebas, también se calentaba rápidamente. Esto hizo necesaria la instalación de nuevos sensores, el recableado de los cables de alarma contra incendios y la presencia de un ingeniero de pruebas a bordo para controlar las temperaturas. El corto plazo de entrega también exigió acelerar los esfuerzos para obtener la aprobación de los planes de vuelo, verificar la aeronavegabilidad del avión y realizar las actividades normales de mantenimiento.
A pesar de las dificultades, Rieke y un pequeño equipo entregaron el Learjet a Estrella el 25 de marzo, como estaba previsto. El día siguiente lo dedicaron a coordinarse con el gran equipo de Langley y Honeywell y a obtener datos básicos sobre el ruido. Los pilotos pusieron el motor no modificado al ralentí mientras el Learjet sobrevolaba tres filas perpendiculares de micrófonos a una altitud de 500 pies y una velocidad de 230 millas por hora.
Los patrones de vuelo se repitieron durante los dos días siguientes utilizando alternativamente las dos variantes de la tobera chevron. Los investigadores informaron anecdóticamente de que no se producía una reducción perceptible del ruido a medida que el avión se acercaba, pero sí reducciones significativas una vez que pasaba. Las grabaciones corroboraron estas observaciones y mostraron que también se reducía el ruido lateral.
Los vuelos del Learjet, propulsado por una variante del turborreactor J-85 de GE, se complementaron con los del Falcon 20 de Honeywell, propulsado por turboventilador. Estos vuelos confirmaron en última instancia la reducción de ruido constatada en las pruebas anteriores de AAPL.
En general, las pruebas de vuelo fueron tan satisfactorias que poco más de un año después la FAA empezó a certificar el CF34-8 de GE, el primer motor de avión comercial que incorporaba la tecnología chevron. El motor voló por primera vez en un Bombardier CRJ900 en 2003. Los continuos estudios realizados tanto por la NASA como por la industria condujeron a la mejora de los diseños y a la incorporación de los chevrones en motores más grandes, como el GEnx de GE.
Según Huff, la disminución de tres decibelios del ruido del chevron era análoga a la diferencia entre hacer funcionar dos cortacéspedes y uno. Su integración comparativamente fácil en el diseño del motor y su efecto mínimo en el empuje hicieron del chevron un gran avance en la tecnología de reducción del ruido. En 2002, la NASA concedió un premio a la innovación al equipo de Glenn, Langley y Honeywell que llevó a cabo los vuelos. Hoy en día, aviones de pasajeros como el 737 MAX y el 787 Dreamliner utilizan toberas chevron para reducir los niveles de ruido en las comunidades cercanas a los aeropuertos.
NASA/Marzo 11 de 2025
