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 a baja altura sobre una serie de micrófonos para la primera prueba de vuelo de una tecnología innovadora de la NASA.
En uno de los motores del avión había una boquilla experimental de bordes irregulares que los investigadores del Centro de Investigación Glenn en Cleveland habían descubierto que hacía que los aviones fueran significativamente más silenciosos. Estas pruebas de vuelo iniciales fueron un paso importante hacia el uso de estas "boquillas de chevron" en aviones modernos, reduciendo los niveles de ruido para las comunidades.
NASA Glenn ha estado explorando formas de reducir el ruido de los motores desde que aparecieron los primeros aviones a reacción en la década de 1950. Los nuevos motores turbofán en la década de 1960 eran más silenciosos, pero la expansión de la industria aérea en general significó que el ruido seguía siendo un problema. Con la introducción de mandatos de limitación de ruido en la década de 1970, la NASA y los fabricantes de motores se embarcaron en una búsqueda de décadas de tecnologías para reducir los niveles de ruido.
Los investigadores de la NASA descubrieron que el uso militar de muescas rectangulares, o pestañas, a lo largo de la salida de la boquilla de un motor, para ayudar a disfrazar la firma infrarroja de un avión de combate, también podría 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 la década de 1990, el investigador de Glenn Dennis Huff y sus colegas descubrieron que una forma dentada, o de diente de sierra, conocida como chevron, ofrecía más promesas.
La NASA contrató a General Electric y Pratt & Whitney para desarrollar una serie de diseños de lengüetas y chevrones que se analizarían en el Laboratorio de Propulsión Aeroacústica (AAPL) de Glenn. Las pruebas exhaustivas realizadas en la primavera de 1997 mostraron las posibilidades de reducir el ruido con este tipo de boquillas.
Los fabricantes de motores quedaron impresionados con los hallazgos, pero desconfiaron de cualquier tecnología que pudiera afectar el rendimiento. Así, en 1998, la NASA financió las pruebas de los motores de los 14 diseños más prometedores. Las pruebas revelaron que la tobera de chevron tenía una reducción insignificante del 0,25% del empuje. Fue un avance importante para la investigación del ruido de los aviones.
En septiembre de 2000, se contactó a la División de Operaciones de Vuelo de Glenn sobre la logística de las pruebas de vuelo de las toberas de chevron en el Learjet 25 del centro para verificar las pruebas en tierra y mejorar el modelado por computadora. Sin embargo, no se llegó a ninguna otra medida de la solicitud hasta principios del año siguiente, cuando Huff informó a Rieke, jefe de Operaciones de Vuelo, que a los investigadores les gustaría realizar pruebas de vuelo a finales de marzo, con solo ocho semanas para prepararse.
La División de Acústica de Glenn trabajó con colegas del Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia, y el fabricante de motores Honeywell, con sede en Arizona, en el esfuerzo. Planeaban realizar pruebas en Estrella Sailport, a las afueras de Phoenix, del 26 al 28 de marzo de 2001.
Con las revisiones de seguridad y diseño requeridas, la fecha objetivo de ocho semanas sería difícil de cumplir para cualquier vuelo de prueba, pero este fue particularmente desafiante ya que implicó modificaciones en la góndola del motor. Si bien las boquillas especiales que los ingenieros crearon para los vuelos les permitirían cambiar entre un diseño de seis y 12 chevrones durante las pruebas, también se calentó rápidamente. Esto requirió 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 monitorear las temperaturas. El corto tiempo de respuesta también requirió esfuerzos acelerados para obtener las aprobaciones del plan de vuelo, verificar la aeronavegabilidad del avión y realizar las actividades normales de mantenimiento.
A pesar de los desafíos, Rieke y un pequeño equipo entregaron el Learjet a Estrella el 25 de marzo, como estaba planeado. El día siguiente se dedicó a la coordinación con el gran equipo de Langley y Honeywell y a la adquisición de datos de ruido de referencia. Los pilotos dejaron el motor sin modificar mientras el Learjet volaba sobre 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 mientras se utilizaban alternativamente las dos variaciones de la tobera de chevron. Los investigadores informaron anecdóticamente que no hubo una reducción de ruido perceptible a medida que el avión se acercaba, pero reducciones significativas una vez que pasó. Las grabaciones respaldaron estas observaciones y mostraron que el ruido de la línea lateral también se redujo.
Los vuelos del Learjet, que estaba propulsado por una variación del turborreactor J-85 de GE, se complementaron con el avión Falcon 20 de Honeywell. Estos vuelos finalmente confirmaron la reducción de ruido encontrada en pruebas anteriores de AAPL.
En general, las pruebas de vuelo fueron tan exitosas que poco más de un año después, la FAA comenzó a certificar el CF34-8 de GE, el primer motor de avión comercial en incorporar tecnología de chevron. El motor voló por primera vez en un Bombardier CRJ900 en 2003. Los estudios continuos tanto de la NASA como de la industria condujeron a la mejora de los diseños y a la incorporación de chevrones en motores más grandes, como el GEnx de GE.
Según Huff, la disminución de ruido de tres decibeles del chevron fue análoga a la diferencia entre hacer funcionar dos cortadoras de césped y una. Su integración comparativamente fácil en el diseño del motor y su mínimo efecto en el empuje hicieron del chevron un gran avance en la tecnología de reducción de ruido. En 2002, la NASA presentó 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 boquillas de chevron para reducir los niveles de ruido para las comunidades cercanas a los aeropuertos.
