Como parte del esfuerzo de la Administración Federal de Aviación (FAA) para establecer directrices de diseño de vertipuertos para instalaciones destinadas a aceptar aeronaves de movilidad aérea urbana, eVTOLs, y helicópteros de clase especial, es cada vez más importante determinar los factores de riesgo relacionados con su operación y cómo mitigarlos.
El flujo de aire generado por los rotores/propulsores de la aeronave durante el despegue y aterrizaje, conocido como DWOW, siglas de DownWash and OutWash, puede representar riesgos significativos para las personas y la propiedad en las cercanías de las operaciones de la aeronave. El downwash es el flujo vertical y descendente de aire producido por los rotores/propulsores, mientras que el outwash es el flujo lateral, radial y hacia afuera que ocurre cuando el aire descendente es deflectado al entrar en contacto con la superficie de aterrizaje.
Los impactos negativos de DWOW pueden verse exacerbados en ubicaciones de vertipuertos en áreas urbanas donde se proponen operaciones de alto volumen y alto ritmo debido a las densas poblaciones y el mayor tráfico en esas áreas. Sin embargo, la investigación actual sobre los efectos y la mitigación de DWOW es limitada. Este informe (Electric Vertical Takeoff and Landing (eVTOL) Downwash and Outwash Surveys) describe la recolección y análisis de datos de DWOW de aeronaves VTOL y la necesidad de mitigar los riesgos asociados.
La forma más confiable de obtener datos de DWOW de eVTOL es a través de ensayos de aeronaves a escala real. Esta investigación midió el DWOW de tres prototipos de aeronaves eVTOL, no identificados, para determinar su velocidad máxima en varias ubicaciones de un vertipuerto.
Se utilizó una red de sensores a nivel del suelo y una red vertical de anemómetros tridimensionales para recopilar las velocidades del viento. Los ensayos se realizaron en diferentes momentos y ubicaciones, y se llevaron a cabo bajo condiciones meteorológicas visuales diurnas. Los pilotos de las aeronaves realizaron varias maniobras preestablecidas y características de la operación normal de estas aeronaves (aproximaciones, vuelos a punto fijo…) dentro de los límites establecidos para ellas en este tipo de «helipuerto especial». Sin embargo, la FAA señala: “En el momento de las pruebas, los perfiles de vuelo de las aeronaves estaban limitados debido a la naturaleza experimental de las aeronaves y su etapa temprana de desarrollo”.
Las tres aeronaves estudiadas, todas prototipos de aeronaves en desarrollo, variaban en configuración, número de sistemas de propulsión, palas por unidad de propulsión y peso máximo de despegue, siendo este siempre inferior a 6500 libras (2950 kg). Solo uno de los tres fue pilotado a bordo, mientras que los otros dos fueron operados remotamente.
El análisis de los resultados incluyó velocidades instantáneas máximas, medias en movimiento y desviaciones estándar en movimiento basadas en un período de tiempo de 3 segundos, y un percentil 95 en movimiento durante 3 segundos. Las mediciones fueron comparadas con modelados y simulaciones del método de partículas vórtices viscosos, cuando fue posible.
“El flujo de aire descendente y de salida (DWOW) de los aviones eVTOL puede representar riesgos significativos para las personas y la propiedad y debe ser tenido en cuenta en el diseño de los vertipuertos”, señala la FAA.
Utilizando tres prototipos de aeronaves eVTOL no identificadas proporcionadas por sus fabricantes, el estudio de la FAA encontró que la velocidad máxima instantánea del flujo de aire generado por los rotores o propulsores fue de casi 100 mph (86 kt/160 km/h) a una distancia de 41 pies (12 m) del centro del área de despegue y aterrizaje.
Incluso a 100 pies (30.5 m) del centro del área de despegue, se registraron velocidades de 60 mph (100km/h), agrega la FAA, y la velocidad más alta en el percentil 95 en un período de tres segundos fue de 84 mph (135 km/h) a 23 pies (7 m) del centro. Los datos del percentil 95 en movimiento para uno de los tres eVTOLs – un modelo pilotado remotamente – muestran una cifra de casi 64 mph (103 km/h) a 126 pies (38.5 m) del centro del área de despegue.
El informe, para una mejor comprensión de los resultados, los compara con la escala de Beaufort.
La guía de la FAA indica que la mayoría de los accidentes relacionados con estos vientos causados por el rotor pueden evitarse si se mantienen distancias de seguridad tales en las que el viento causado por el rotor sea de 30-40kt (55.5-74 km/h). Así pues, El DWOW de las aeronaves eVTOL en el área de seguridad definida en la guía para el diseño de vertipuertos, y más allá, supera la mayoría de los umbrales de seguridad de velocidad contrados en la guía de la FAA, afirma el informe.
El flujo de alta velocidad de DWOW generado por las aeronaves eVTOL podría fácilmente ir más allá del área de seguridad de un vertipuerto, crear riesgos de seguridad para personas, aeronaves, equipos e infraestructura, tanto dentro como fuera del sitio.
Los fabricantes de eVTOL proponen operaciones eVTOL de alto volumen y alta frecuencia en áreas urbanas, lo que tiene un mayor potencial de impactar a los transeúntes con DWOW que los helicópteros tradicionales en helipuertos
Los resultados sugieren que el deseo de la industria de eVTOL de establecer áreas de aterrizaje en estructuras existentes, como garajes o cubiertas de algunos edificios, es poco probable que sea factible.
El estudio de la FAA respalda una investigación previa realizada por la Autoridad de Aviación Civil del Reino Unido, en la que se utilizaron técnicas computacionales avanzadas para predecir velocidades de aire muy similares en la salida a las que se midieron. Y también son similares a las que esperan en Europa, a la vista de las zonas de seguridad definidas y la velocidad del aire que deben soportar, según Prototype Technical Design Specifications for Vertiports.
Los nuevos diseños de rotores múltiples y las complejidades de las interacciones entre estela a estela, estela a fuselaje y estela al suelo – que también variaban con la velocidad, el rumbo y la altitud – resultaron en “campos de flujo de DWOW no uniformes y de alta velocidad que pueden fácilmente ir más allá del área de seguridad de un vertipuerto”, dice, lo que justifica más investigación.
En un entorno real, esos campos de flujo también podrían verse impactados por estructuras en el suelo que no estaban presentes en el estudio.
Adicionalmente, cabe reflexionar acerca del ruido real que van a generar esos vientos. Una segunda derivada a tener en cuenta es que se han propuesto drones de tamaño similar a estos eVTOL para combatir incendios en edificios, pero si los vientos generados son de esta magnitud, podría no tener ningún sentido su desarrollo.
