La agencia de investigación holandesa NLR ha presentado en Farnborough su concepto de avión de pasajeros con propulsión distribuida, su SFD-DEP (Scaled Flight Demonstrator-Distributed Electric Propulsion)
Se trata de un A-320 a un 12% de escala, en el que se han reemplazado sus dos turbofanes por seis motores: dos en punta de plano y otros cuatro en el centro de cada semiala.
Presumiblemente, los motores son contrarrotatorios, para anular el efecto del par motor. Los motores de punta de plano, donde habitualmente encontraríamos los winglets, parece que están situados precisamente de tal modo que éstos no sean necesarios, contrarrestando el torbellino de punta de ala.
Las ventajas de la propulsión distribuida las hemos comentado más veces, pero las recopilamos: Permite soplar la capa límite del ala, aumentando la sustentación y haciendo más corta la carrera de despegue, como ya pudimos comprobar en el vídeo del An-2 despegando en poco más de 30m, disminuyendo así los requisitos de pistas donde puede operar. Además permite un mayor ángulo de ascenso, reduciendo así la firma sonora sobre las poblaciones cercanas a los aeropuertos. Además permite el control de la guiñada con empuje diferencial de los motores, pudiendo reducir el tamaño del timón de cola, y la resistencia aerodinámica que genera.
Aunque los ensayos comenzaron en 2023, el primer prototipo fue destruido por un fuego de las baterías. El segundo prototipo voló en mayo de 2024, y NLR está ahora explotando los datos medidos.
SFD-DEP es un modelo a escala, con una envergadura de 4 metros, una masa de despegue de 167 kg y una velocidad de crucero de 100 nudos, de un avión de nueva configuración con propulsión eléctrica distribuida (DEP). Completó con éxito su vuelo inaugural desde el Aeroporto di Taranto-Grottaglie, en el sur de Italia.
Los socios del proyecto son Airbus, NLR, ONERA, CIRA y TU Delft, con el apoyo de Orange Aerospace.
Este proyecto ha recibido financiación de Clean Sky 2 en virtud del acuerdo de subvención nº 945583-GAM-2020-LPA. Clean Sky 2 recibe apoyo del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea.
Electra ha hecho público que su demostrador tecnológico, conocido como EL-2 Goldfinch ha realizado su primer vuelo con despegue corto desde una superficie «no preparada».
Electra es de las pocas empresas del sector de la «movilidad aérea avanzada» que recurre a una aeronave de ala fija en lugar de a multirrotores, y a un sistema de propulsión híbrido-eléctrico.
La aeronave de Electra.Aero volaba por primera vez en noviembre de 2023 y hacía sus primeros despegues ultracortos, desde pista convencional de asfalto, en junio de 2024. Y ahora acaba de anunciar los primeros despegues ultra cortos desde pistas no preparadas, y tan cortas como menos de 91m. De hecho, según notas de prensa anteriores, podría despegar en 52m y aterrizar en 35m.
Recurre al truco de soplar la capa límite con una propulsión distribuida para potenciar las características STOL del avión. Y, precisamente por eso de recurrir a un ala fija en vez de a la configuración de drone gigante, y por renunciar al uso exclusivo de baterías y a los desplazamientos urbanos, es por lo que creemos que puede ser viable en un futuro relativamente cercano.
Electra ha completado con éxito los vuelos de prueba fuera de pista de su avión demostrador de tecnología híbrida-eléctrica de despegue y aterrizaje cortos (eSTOL) EL-2 Goldfinch desde un campo de hierba cercano a las instalaciones de Electra en Manassas, VA.
Los vuelos demostraron la eficacia del avión eSTOL para operar desde campos austeros de menos de 300 pies (~91.5m)mínimamente preparados. El avión realizó una serie de despegues y aterrizajes desde una zona de hierba y demostró el máximo rendimiento de ascenso a 32 grados que se utilizaría en muchas misiones militares. Tampoco necesitó infraestructura de carga, ya que las baterías se recargan en vuelo mediante el sistema de propulsión híbrido.
La tecnología de doble uso (que puede usarse tanto como civil como militar sin cambios) es ideal para servir como un pequeño avión de transporte aéreo altamente eficiente en consumo de combustible y rentable que apoye el Empleo Ágil de Combate y las misiones expedicionarias, reduciendo al mismo tiempo la huella energética operativa. Los aviones eSTOL, pequeños, asequibles e independientes de la pista de aterrizaje, también podrían aliviar la demanda de plataformas de ala fija y helicópteros más grandes, poco numerosas y de alto rendimiento en un entorno logístico competitivo.
«Las tecnologías eSTOL de Electra aumentan el número de lugares de aterrizaje disponibles en órdenes de magnitud en relación con los aviones tradicionales de ala fija, al tiempo que proporcionan mayores velocidades de crucero, menores costes y menos ruido que las soluciones de sustentación vertical. Estos primeros vuelos desde un campo demuestran los inicios de esta sólida capacidad que seguiremos desarrollando», declaró JP Stewart, Vicepresidente y Director General de Electra.
Además de las operaciones sobre hierba, la campaña de pruebas incluyó la recogida de datos acústicos para validar las capacidades de bajo ruido de las tecnologías eSTOL. El avión logró operaciones silenciosas por debajo de 55 decibelios a 500 pies de sobrevuelo, un nivel de sonido comparable al de una conversación humana. A las altitudes de crucero habituales, el avión será inaudible por encima del ruido de fondo. A medida que avance el programa de pruebas, los vuelos posteriores se realizarán en zonas aún más accidentadas y confinadas.
Electra está desarrollando el avión de producción que transportará 9 pasajeros o 2500 libras de carga (762kg) hasta 500 millas (805km) sin dejar de ofrecer las capacidades STOL, de operaciones austeras y de bajo ruido. La certificación de la aeronave y su entrada en servicio comercial según la normativa FAA Part 23 está prevista para 2028.
Del 22 al 24 de julio se celebra en Oshkosk el Air Venture, organizado por la EAA, y la meca de casi todo aerotrastornado: al menos una vez en la vida deberíamos ir por allí.
Es el mayor fly-in del mundo, con miles de aeronaves de todo tipo acudiendo y aterrizando en un solo aeropuerto, cuyas pistas se dividen en varias zonas de aterrizaje para aumentar la capacidad de aeronaves por hora que pueden tomar allí.
Y, por supuesto, el evento donde más aeronaves de construcción amateur pueden verse en un solo lugar.
Por eso no es de extrañar que la versión de producción del jeep eléctrico de NUNCATSse presente allí.
El avión es un kit de Zenair, equipado con un motor eléctrico. La idea es producir una aeronave barata y fácil de mantener para realizar enlaces en zonas aisladas donde un trayecto por carretera puede llevar días, mientras que por el aire es cuestión de minutos. Por eso no preocupa, de momento, la escasa autonomía eléctrica del aparato, que no llega a una hora.
¿Por qué eléctrico? Porque son motores sencillos de mantener, fiables, y si se logran cargar con paneles solares o pequeñas turbinas eléctricas, no dependen de la compleja logística del combustible en lugares como los descritos sobre estas líneas. No se tratan de aviones para utilizar de forma regular, así que pueden cargarse bajo su hangar con placas solares para cuando sean necesarios (una intervención médica, una evacuación puntual…) poder hacerlo.
La aeronave que se mostrará en Oshkosh está muy próxima a la versión de producción que se ofrecerá a los clientes (usuarios privados y ONG para su uso sobre el terreno).
NUNCATS busca inversiones y patrocinios, para mejorar la eficiencia de la producción y reducir costes, para acelerar la entrega del segundo Electric SkyJeep y para pruebas sobre el terreno en torno a la isla de Tisai, en Uganda (África). Una vez operativo allí, el Electric SkyJeep apoyará a los equipos de salud comunitarios para prestar atención de emergencia, servicios de diagnóstico y atención prenatal y de maternidad de rutina.
Los aviones eléctricos (de batería) no sustituirán a corto plazo a la mayoría de los que funcionan con gasolina. Lo que los aviones eléctricos pueden hacer es proporcionar una alternativa fácil de mantener y barata de operar para lugares donde no se puede conseguir combustible de aviación y las instalaciones de mantenimiento de aeronaves son limitadas. Desarrollar un avión que se adapte a ese nicho requiere un enfoque un poco inusual, pero es posible y puede tener un impacto social realmente significativo.
Tim Bridge, cofundador de NUNCATS
Zenith lleva muchos años promoviendo el uso de motores distintos a los habituales, pues sabemos que no existe un motor perfecto. Los motores de aviones ligeros deben mejorar en fiabilidad, facilidad de manejo, eficiencia y coste, con el objetivo de hacer la aviación deportiva ligera más accesible, fiable y sostenible. El futuro de la propulsión eléctrica (en la aviación ligera) es muy prometedor, y programas como los que está desarrollando NUNCATS harán crecer la aviación de forma sostenible en mercados nuevos y en desarrollo.
Sébastien Heintz, presidente de Zenith Aircraft Company
Tim Bridge, fundador de Nuncats, dice que en el mundo más de dos millones de personas viven en áreas rurales incomunicadas y por tanto con mal acceso, o sin él, a hospitales y otros servicios de primera necesidad. Cree que un avión que puede aterrizar, virtualmente, en casi cualquier sitio y que no dependa del suministro de combustible, pudiéndose cargar en los distintos puntos que enlaza, podría ser una línea de vida para estas comunidades, permitiendo su acceso a todos estos servicios.
Esperan lograr con el motor eléctrico y las baterías las mismas prestaciones que con el motor estándar de 100hp, aunque de momento su autonomía es de tan solo media hora, lo que lo haría útil solo para enlaces cortos, y dependiente de una red de carga extensa.
Nuncats también espera que el sector de la aviación ligera, pilotos, escuelas… se interesen en un futuro por su proyecto, para convertir las aeronaves ligeras existentes a eléctricas.
Chris Heintz desarrolló su exitoso CH-701jeep del cielo, avión de despegue y aterrizaje corto o STOL, como avión de fabricación amateur. Desde su creación Zenith ha apoyado que se motorice con variedad de plantas de potencia, desde el Continental O-100 al, ahora, casi ubicuo Rotax 912. De hecho Heintz fue de los primeros, si no el primero, en instalar un 912 en norteamética. Y por eso Zenair se ha involucrado en el proyecto, de hecho el propio presidente Sebastien Heintz ha mostrado su apoyo a este proyecto británico.
En este blog somos muy críticos con la llamada movilidad aérea urbana o nueva movilidad aérea, para no dejar fuera los viajes interurbanos. Y menos con sus diseños de aeronaves eléctricas de despegue y aterrizaje vertical. Tan sólo hemos encontrado cierto sentido a los autogiros, y a las aeronaves convencionales STOL. Ésta, de Electra, entra dentro de esta última categoría.
Si recordáis de cuando os explicamos cómo funciona un ala y los dispositivos hipersustentadores, la sustentación depende del torbellino que se genera entorno al perfil alar.
Con la propulsión distribuida, muchas hélices situadas a lo largo del borde de ataque, se consiguen varios efectos. Por un lado, se sopla la capa límite, retrasando su desprendimiento y permitiendo así un mayor ángulo de ataque, y por tanto sustentación. Pero, además, energiza el torbellino, dando más velocidad al aire del extradós, acortando así la carrera de despegue.
De este modo, una aeronave convencional como ésta puede despegar en distancias tan cortas como 52m, y aterrizar en 35, según la nota de prensa de Electra Aero.
Pero una aeronave STOL es ligeramente distinta. Por lo comentado de las baterías, seguimos viendo difícil una aplicación eléctrica, pero a la hora de certificar seguramente sea más sencillo que cualquier otro concepto extraño de los que han aparecido en el mundo eVTOL. El diseño es convencional, y no hay que convencer a las autoridades de que es seguro, ¡ya se sabe que lo es y hay amplia experiencia certificando aeronaves de ala fija! También es más sencillo hacer un diseño seguro, controlable y redundante al fallo en caso de pérdida de uno o más motores que en el caso de los diseños «multicópteros», incluso aunque no tuviera potencia suficiente para mantener la altitud de vuelo y se viera obligado a aterrizar. Al depender de su ala fija para lograr la sustentación, es un diseño menos sediento de energía que los eVTOL, y por tanto con mayor autonomía a igualdad de energía transportada, sea en forma de batería od e combustible. Así que, al menos técnicamente, parece un concepto más viable que otros extraños eVTOL, habrá que ver si también lo es económicamente. Y, al menos, el avión de Electra no es eléctrico puro, sino híbrido.
Electra anunció el 29 de mayo de 2024 que ha logrado con éxito las primeras operaciones de despegue y aterrizaje ultra cortos de alto rendimiento de su avión demostrador híbrido-eléctrico (eSTOL) EL-2 Goldfinch con sustentación aumentada por soplado del ala.
«El hito de hoy es un logro increíble, ya que hemos demostrado que nuestro avión eSTOL tiene la capacidad de hacer lo que dijimos que podía hacer: operar desde espacios más cortos de 300 pies —91m—», dijo JP Stewart, Vicepresidente y Gerente General de Electra. «El manejo de la aeronave a bajas velocidades ha sido excepcional y se está ajustando bien a nuestro análisis, lo que aumenta la confianza en la capacidad prevista del diseño del producto de 9 pasajeros. Continuaremos desarrollando nuestras tecnologías, incluido el sistema de control de vuelo ‘thrust-by-wire’, para permitirnos volar aún más lento en el enfoque y mejorar aún más el rendimiento de despegue y aterrizaje STOL en la campaña de pruebas en curso».
Los vuelos de prueba, pilotados por Cody Allee, se llevaron a cabo en abril y mayo de 2024 en el Aeropuerto Regional de Manassas y el Aeropuerto de Warrenton-Fauquier en Virginia. El vuelo más largo duró 1 hora y 43 minutos. Durante la campaña, la aeronave despegó en menos de 170 pies —52m— y aterrizó en menos de 114 —35m—, la aeronave alcanzó una altitud de 6,500 pies y voló tan lentamente como 25 nudos —46km/h— en despegue y aterrizaje. Los datos y conocimientos obtenidos del programa de pruebas de vuelo informarán el diseño del avión eSTOL comercial de 9 pasajeros de Electra, con la entrada en servicio comercial bajo las regulaciones de la Parte 23 de la FAA prevista para 2028.
El diseño de ala soplada de Electra utiliza ocho motores eléctricos para aumentar significativamente la sustentación del ala, lo que permite que la aeronave eSTOL despegue y aterrice en solo 1/10 de espacio necesario por aeronaves convencionales. Esto permite el acceso a lugares a los que actualmente solo pueden llegar los helicópteros. Los motores eléctricos silenciosos reducen drásticamente el ruido y las emisiones para operaciones amigables con la comunidad. La energía híbrido-eléctrica proporciona capacidad de largo alcance sin la necesidad de estaciones de carga terrestres.
Sabemos que el primer avión eléctrico voló hace más de cincuenta años, y desde entonces cada vez que han vuelto han tenido el mismo problema: si bien los motores son fiables y ligeros, las baterías pesan demasiado y tienen una densidad energética baja.
Con el boom de los vehículos eléctircos terrestres (EV), parece que se ha revivido la fiebre de la aviación eléctrica, y se está intentando utilizar las mismas baterías de litio.
E igual que un motor de automoción puede no ser idóneo para un avión, porque el vehículo de tierra funciona normalmente al 30-40% de su potencia máxima, que sólo necesita en picos mientras que el motor de avión funciona al 75-85% de manera constante, puede que la solución de las baterías eléctricas de los EV no sean la mejor.
Aunque el rendimiento de las baterías de iones de litio en los EVs está bien estudiado, su rendimiento en la industria de la aviación es relativamente desconocido, y aún no está claro cómo estas baterías resistirán las duras condiciones a las que estarán sometidas durante las operaciones de taxi aéreo eVTOL.
Por ello, investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) en Tennessee llevaron a cabo un estudio sobre los efectos que el perfil de vuelo de una aeronave eVTOL tendrá en las baterías de EV después de ciclos repetidos, simulando operaciones típicas de taxi aéreo.
El equipo de investigación encontró que las demandas de potencia y rendimiento para el vuelo eVTOL reducen el rendimiento y la longevidad de la batería, lo que podría representar una amenaza para la seguridad. También podría aumentar el costo del mantenimiento de las aeronaves, ya que las baterías necesitarán ser reemplazadas con frecuencia. Una vez más, la demanda de potencia del motor, debido al perfil de utilización distinto en un tipo de vehículo y otro, puede suponer un problema.
Cuando los eVTOL despeguen verticalmente, las baterías están sujetas a una demanda de energía muy alta, y según el investigador Ilias Belharouk será el momento en el que la batería puede ser más peligrosa.
Belharouak y su equipo tienen como objetivo mitigar este problema avanzando en la tecnología de baterías de iones de litio y optimizando las celdas de batería para los vuelos eVTOL. Pero para encontrar las mejores soluciones, primero necesitaban definir a fondo el problema. Con este estudio, el equipo buscó determinar exactamente qué sucede con las baterías a nivel subcelular cuando se someten a las altas demandas de potencia de los vuelos eVTOL con ciclos repetidos. Los hallazgos ayudarán a informar su búsqueda de nuevos materiales, especialmente para los electrolitos de la celda, lo que podría llevar a un mejor rendimiento y resistencia.
Altas Demandas de Potencia
Como hemos comentado anteriormente, nada tienen que ver el perfil de uso de las baterías de litio en los eVTOL con el perfil de uso en los automóviles.
Las baterías eléctricas para taxis aéreos también soportarán cargas y descargas más frecuentes y rápidas que los vehículos terrestres. El perfil de uso del coche hace que la mayor parte de su vida operativa esté estacionado. Sin embargo, el perfil de uso de una aeronave comercial es el contrario: si la aeronave está parada está perdiendo dinero. De hecho, en los estudios de viabilidad de los eVTOL suelen citarse tasas de utilización mucho más altas que las de los helicópteros, debido a su supuesto menor mantenimiento. De sobra es conocido que los aviones de aerolínea paran lo mismo. Así que mientras que el perfil de uso de un automóvil es de viajes de entre 10 y 50 minutos con largos periodos de inactividad, se espera que el perfil del eVTOL sea de vuelos durante todo el día, con ciclos de vuelo de 10 minutos intercalados con recargas rápidas, normalmente de otros diez minutos. «Realmente necesitas cargarlos muy rápido y descargarlos muy rápido… lo que ejerce mucha presión sobre estas baterías», dijo Belharouak.
Belharouak y su equipo en ORNL realizaron pruebas simuladas de baterías eVTOL utilizando baterías representativas que construyeron en el lugar en la Instalación de Fabricación de Baterías del Departamento de Energía. Monitorizaron el rendimiento de la batería durante el ciclo y luego evaluaron los componentes de la batería posteriormente para verificar la corrosión y otros cambios químicos o estructurales utilizando un microscopio electrónico de barrido.
«Tu batería no es solo la vida útil de 1,000 ciclos. Es lo que sucede dentro de un ciclo lo que te dice si tu sistema funcionará o fallará», dijo Marm Dixit, el investigador principal del estudio. Y los riesgos son mayores, ¡no son vehículos que puedas parar en un arcen en caso de problemas, estan volando!
Para la simulación, los investigadores emplearon una alta tasa de descarga durante 45 segundos, lo que se espera que dure el despegue vertical más la transición a crucero, seguido de una descarga a baja velocidad para simular el vuelo de crucero.
Durante el ciclo de crucero, la batería recuperaba su condición normal. Pero la sucesiva repetición de este tipo de ciclos rápidos e intensos hacía que las baterías, electrolito y ánodo se degradaran, no así el cátodo.
La solución ¿está en el electrolito?
Así que estamos con el problema de siempre, pero ampliado. No sólo necesitamos una batería de mayor densidad energética, sino que además deben aguantar estos ciclos tan distintos a los de los automóviles.
Y mientras se dependa de las baterías de litio, hay que mejorarlas. Los investigadores están constantemente buscando maneras de hacer que las baterías funcionen mejor y duren más utilizando diferentes materiales para sus componentes, incluyendo ánodos, cátodos y electrolitos. Por ejemplo, el fabricante de baterías Amprius está utilizando ánodos de nanocables de silicio en las baterías que ofrece para aplicaciones de aviación eléctrica.
Belharouak y su equipo creen que la solución para hacer que las baterías de iones de litio sean más adecuadas para las operaciones de eVTOL radica en el electrolito, el medio entre el cátodo y el ánodo de una batería por el que los iones de litio viajan durante la carga y descarga.
Si bien el equipo de ORNL se está enfocando en soluciones de electrolito por ahora, el objetivo final del programa de investigación es eventualmente desarrollar una química de batería completamente nueva que podría reemplazar a las baterías de iones de litio para aeronaves eléctricas.
Ejemplos de nuevas químicas de baterías que podrían ser prometedoras para aplicaciones de aviación incluyen las baterías de estado sólido, que reemplazan el electrolito líquido o en gel con un material sólido, o las baterías de litio-azufre, ambas de las cuales pueden ofrecer las mayores densidades de energía necesarias para habilitar vuelos de mayor alcance.
Belharouak enfatizó que cualquier tipo de baterías destinadas a aplicaciones de eVTOL «deberán ser entendidas y comprendidas en función del conjunto de protocolos a los que van a ser sometidas, no solo en función de la densidad de energía y potencia».
