Los diseñadores de eVTOL en pie de guerra con la FAA por los requisitos de ruido

Nunca hemos sido muy fanáticos de los eVTOL en esta página web, de hecho más bien se nos puede considerar críticos. Hemos hablado de problemas de que económicamente no parecen viables, de su certificación, de que operarían en entornos poco cómodos para el pasaje, de que la tecnología eléctrica está inmadura y posiblemente no sea viable… y también hemos hablado de los ruidos, cuando hemos hablado de la aceptación del público general de estas aeronaves, o de que están demostrando ser más ruidosas de lo que sus diseñadores prometían que serían.

En cuanto las pegas que ponen los diseñadores de eVTOL a la FAA, como antecedente, decir que pretenden operarlos de manera comercial, y que las aeronaves utilizadas para transportar pasajeros suelen tener más requisitos de certificación que las aeronaves de uso recreativo. Incluso en su operativa difiere, pues hay que garantizar una reserva mínima para poder desviarse a un aeródromo alternativo. Y ahora toca la hora del ruido.

La FAA desea poner unos requisitos adicionales de ruido de certificación a los constructores de eVTOL que deseen certificarlos dentro de la categoría de aviones ligeros, o VLA según la propuesta de nueva normativa MOSAIC (Modernization of Special Airworthiness Certification) que hicieron el año pasado.

MOSAIC ampliaría la categoría de aeronaves ligeras deportivas de la FAA para incluir aeronaves más grandes y potentes que pesen hasta 3,000 libras (1,360 kilogramos). Esto más que duplica el peso de las aeronaves según la definición actual de aeronaves ligeras deportivas, que es de 1,320 libras (600 kg). Las aeronaves ligeras deportivas actuales no están obligadas a cumplir con los requisitos de certificación de ruido.

La Administración Federal de Aviación (FAA), en su propuesta de reglamentación de la Modernización de la Certificación Especial de Aeronavegabilidad (MOSAIC) publicada originalmente en julio de 2023, propone que las aeronaves ligeras deportivas cumplan con los estándares de ruido requeridos para las aeronaves certificadas por tipo según la parte 36, un proceso costoso, riguroso y que lleva mucho tiempo. Un proceso prescriptivo es aquel en el que la FAA indica, con un detalle increíble, exactamente cómo un desarrollador debe realizar las pruebas para obtener la certificación. Así pues, los fabricantes, alegando que el proceso se alargaría y encarecería su producción.

La FAA dijo que no anticipó el crecimiento de aeronaves que no se ajustan a los certificados de tipo cuando se crearon las categorías, y los requisitos de ruido no han seguido el ritmo del crecimiento de estas categorías porque se basaron en el uso histórico y las expectativas.

«La FAA ya no puede justificar la exclusión de estas aeronaves y su impacto de ruido en las comunidades bajo su responsabilidad legal, ni puede permitir que el crecimiento continúe cambiando los nombres o las categorías», dijo la agencia.

La comunidad de fabricantes aboga por establecer unos requisitos por consenso.

La parte 36 no se aplicaría de forma retroactiva a las aeronaves que ya tienen su certificado de tipo en vigor, y por tanto afectaría básicamente a los nuevos eVTOL. Pero, en caso de que cualquier aeronave que ya esté volando fuera modificada con efectos sobre el certificado de aeronavegabilidad, debería cumplir estos requisitos.

vía VerticalMag

Lo último en coches que vuelan y movilidad aérea urbana, de XPENG AEROHT

En noviembre de 2022 presentábamos este coche volador chino de XPENG AEROHT. Básicamente parecia un coche común con un drone gigante acoplado en el techo. Posiblemente lo más destacado es que mostraban cómo era controlable aun en caso de fallo de uno de los rotores de uno de los brazos.

Durante el Xpeng Tech Day 2023 han presentado tres conceptos distintos.

El portaaviones terrestre

Es un cruce de SUV con el camión de Tesla y un 6×6, con 4-5 plazas, con capacidad de llevar un cuadricóptero biplaza. Según la descripción de la nota de prensa, el módulo aéreo biplaza permite el vuelo a baja cota, mientras que el módulo terrestre permite el transporte del anterior, además de los desplazamientos por tierra.

El módulo aéreo es una cápsula con cuatro brazos retráctiles y 4 rotores, en lugar de los ocho del coche volador anterior. Sin embargo aseguran que cumple los requisitos de ser controlable en caso de fallo de uno de los rotores.

También es, segun la nota de prensa,un producto en fase de diseño. Vamos, que la presentación, de momento, es tan solo de un concepto modelado en 3D.

Más allá del uso privado, tendría aplicaciones en servicios públicos, como polocía, bomberos o ejército.

Coche volador eléctrico, con capacidad de despegue y aterrizaje vertical

También presentó un nuevo coche volador, evolución del anterior. Con apariencia de coche deportivo y los brazos retráctiles de un octocóptero con rotores coaxiales contrarrotatorios. Interesante que todo el sistema de rotores quede retraído dentro del vehículo, evitando daños a terceros por las cuchillas de las hélices, o que éstas queden dañadas e inutilizadas por un evento fortuito pero común, como una china que salta, o un mal aparcamiento. Como su predecesor, en caso de fallo de un rotor podría seguir volando, gracias a un algoritmo de seguridad que permite que el coche-volador sea controlable a pesar de haber perdido uno de sus rotores. Dice la nota de prensa que, debido al desarrollo actual de las distintas normativas, el coche volador podría comercializarse y alcanzar la calle antes que los aerotaxis eVTOL, aunque suponga certificarlo en dos categorías de vehículo distintas -coche y helicóptero-, y con requisitos a menudo contradictorios. Por eso habrá que ver cómo evoluciona pues, normalmente, este tipo de vehículos entra en el rango de caprichos muy caros, siendo un coche con prestaciones mediocres, una aeronave con el mismo tipo de prestaciones, y con precios que permitirían comprar más de un coche y más de una aeronave mucho más capaces.

Y si todo falla, paracaídas de recuperación balística.

Una de las pegas que siempre hemos encontrado a este tipo de aeronaves de «movilidad aérea avanzada», o «movilidad aérea urbana», es la de la seguridad ante el fallo. Pocas han demostrado no sólo que tengan potencia como para poder seguir volando en caso de fallo de un motor, sino que sean controlables en caso de que se produzca ese fallo. Y eso fue lo que nos sorprendió la última vez que hablamos del coche volador de XPENG AEROHT, que su sistema de control tuviera un algoritmo de seguridad ante el fallo que permitiera una toma segura en caso de que se produjera este evento. Ahora, además, han presentado un sistema adicional de seguridad, basado en la recuperación de la aeronave con un sistema de paracaídas balísticos, tan en boga entre las aeronaves ligeras en los últimos tiempos.

Fuente: Nota de Prensa

Y como alguno nos va a preguntar nuestra opinión sobre estos cacharros… recordar que ya hemos escrito largo y tendido, por ejemplo en:

[Vídeo] Cub-Crafters presenta sus slats soplados por motores eléctricos

Los más fieles seguidores ya saben cómo funciona un ala, cómo entra en pérdida, y cómo funciona un hipersustentador, así que haremos un breve resumen.

Para que el ala funcione necesitamos que el flujo de aire se adhiera a la superficie. Si se desprende, el ala entra en pérdida. Además el ala vuela porque se genera una circulación entorno a la misma, así que si soplamos el aire sobre el ala para aumentar esa circulación, hacemos aumentar la sustentación.

Los slats normales simplemente permiten que el aire pase del intradós (parte inferior del ala) al extradós (la superior), soplando la capa límite y haciendo que no se desprenda, y así retrasar la entrada en pérdida.

Los slats, que han llamado Electric Lift Augmenting Slats (ELAS) , que presenta Cub Crafters no sólo permiten eso, sino que además al tener muchos pequeños motores eléctricos distribuidos a lo largo de su envergadura permiten acelerar el aire y por tanto aumentar la circulación, y por ello la sustentación.

Dicen desde Cub Crafters que esta solución permite multiplicar el coeficiente de sustentación por un factor que varía entre 1.5 y 4.

Como inconveniente, aumenta la resistencia de la aeronave. Sería interesante saber si durante el curcero permanecen en funcionamient, formando así parte de un sistema de propulsión eléctrica distribuida más el motor convencional, y el efecto que tiene sobre el consumo, tal vez al soplar la capa limite de forma constante se necesite menos potencia para volar y se contrarreste el exceso de resistencia con un menor consumo. Pero esto tan solo es una hipótesis, sería interesante estudiar más a fondo las prestaciones del avión con este dispositivo.

No es la primera empresa que recurre a soplar la capa límite desde el borde, y ya sabemos que puede hacer que un avión del tamaño de un 737 despegue como una Storch. También podemos recordar por ejemplo el Catalina Cuatrimotor, el Antonov An-2 con nueve motores, las Cessnas con soplado de la capa límite, el nuevo avión de DARPA y otros sistemas que energizan la capa límite, como los aviones con propulsión distribuida, o el turbo-wing, que fuerza la circulación desde el flap en lugar desde el slat.

Imagen de la patente
Imagen de la patente
Imagen de la patente

En cualquier caso, estamos deseando ver vídeos de los aviones de Cub Crafter utilizando este dispositivo para realizar espectaculares tomas y despegues ultra cortos.

ELAS según Carbon Crafters

Electric Lift Augmenting Slats (ELAS) es el resultado de combinar slats de vanguardia y una serie hélices entubadas eléctricas (electric ducted fans o EDF) que aceleran el aire en el intersticio entre el slat y el perfil aerodinámico del ala.

El concepto ELAS proporciona: impulso eléctrico similar a los JATO (Jet Assisted Takeoff) en el despegue y el ascenso, reducción de la velocidad de descenso y aterrizaje, ángulos de aproximación más pronunciados y mejores márgenes y prestaciones a baja velocidad.

ELAS puede agregarse a una existente (retrofits) o incorporarse a un diseño nuevo. Incluso se puede diseñar como retráctil cuando no está en uso.

En lugar de que los EDF se usen únicamente para agregar empuje, como los conceptos habituales de propulsión distribuida, ELAS también proporciona un aumento dramático en la sustentación al aumentar la velocidad del aire sobre la superficie superior del ala, una forma de hiper sustentador de soplado de capa límite.

Este diseño, que combina un slat clásico con el concepto de propulsión distintos distribuida y energizado de la capa límite con el flujo de los motores, se basa en anteriores diseños de probada eficacia, como el ala de acanalada Custer, aviones como los Boeing YC-14 y NASA QSRA y los últimos avances de propulsión distribuida.

Además, ELAS puede proporcionar un mejor control de aeronaves a baja velocidad a través del aumento de la sustentación máxima y el ángulo de pérdida, y la distribución de potencia diferencial. El control de la distribución de energía tiene el potencial de reducir la pérdida de control (LoC) durante los períodos críticos de baja velocidad y brindar mejores cualidades de manejo durante las ráfagas.

Ventajas…

  • Las aeronaves pequeñas equipadas con ELAS pueden despegar y aproximarse/aterrizar con perfiles similares a los de un helicóptero.
  • Se puede instalar en vuna aeronave existente o integrarse en aeronaves de nuevo diseño
  • Costos recurrentes y de adquisición más bajos que eVTOL
  • Ente un 50% -100% más de alcance y con más carga útil que eVTOL comparable.
  • No se requiere tecnología de baterías de última generación
  • Utiliza teología lista para usar.

PteroDynamics X-P4 Transwing un VTOL con ala plegable a lo portaaviones

Son muchos los diseños de UAV capaces de despegar y aterrizar verticalmente y volar como un avión de ala fija. Son muchos los conceptos que se han probado para solucionar este problema, desde los tail-sitter a los rotores basculantes o simplemente los que combinan en una misma célula los rotores del multirrotor y el ala fija, y arrastran la resistencia de los rotores parados durante su vuelo horizontal.

PteroDynamics ha optado por una solución de rotor y ala basculante original. Ha tomado la configuración de ala plegable que patentó en su día Fairey, que permite plegar las alas a lo largo del fuselaje con una sola articulación, cuyo eje está en una dirección oblicua, y hace que su borde de ataque quede hacia arriba, y ha mezclado esta solución con cuatro rotores que doblan como propulsores durante el vuelo horizontal y el vuelo vertical, facilitando la transición entre ambos modos.

El mecanismo de Fairey es muy similar al de Grumman, solo que en el último caso el borde de ataque queda orientado hacia abajo, por lo que no se puede modificar para crear aeronaves VTOL.

eVTOL: los números no salen

No es la primera vez que criticamos los eVTOL, o que recogemos lo que otros medios han publicado sobre su viabilidad o su cerficabilidad. Hoy vamos a intentar resumir los datos económicos que han publicado en distintos artículos Leehan News y Aviation Week.

La movilidad aérea urbana sigue dando de qué hablar. Cada vez hay más aeronaves que se aproximan a la certificación. Y por fin parece que aparecen voces críticas con este “nuevo” medio de transporte en los medios especializados. Algunos, como Leeham News, han sido críticos siempre. Otros han publicado muchas notas de prensa pero sin hacer ninguna crítica a la misma, y ahora parece que empiezan a analizar números. Vamos a intentar resumir todos esos números que han ido haciendo en estos medios. Todo el artículo, y las críticas de estos medios podrían resumirse en una sola pregunta: ¿Si tan alta es la demanda de este tipo de servicios, por qué no se está cubriendo ya con helicópteros ligeros?¿Son realistas son los planes comerciales de sus operadores?

Lilium, que tiene como objetivo redefinir el transporte aéreo urbano y regional, en especial cubriendo rutas que están “desatendidas”. Espera que su Lilium Jet para seis pasajeros pueda ofrecer un precio de 2.25$/asiento-milla mientras opera 10 h. por día. Muchos aviones de fuselaje ancho tienen suerte si logran este nivel de utilización, y Lilium planea hacerlo con vuelos mucho más cortos (el alcance de su avión es de 155 millas).

Las hipótesis de Volocopter para su VoloCity de dos pasajeros son igualmente poco realistas. El eVTOL de 18 rotores, diseñado para vuelos urbanos cortos, tiene un alcance de poco más de 20 millas y costes de asiento-milla similares a los del Lilium Jet. Su utilización anual estimada es de 3000 h por año, comparable a un avión de pasajeros de pasillo único.

Otro eVTOL de los que parece que van a ser certificados en breve y que se puede tomar en serio es el Joby S4, un avión para cuatro pasajeros con una velocidad de 200 mph y un alcance de 150 millas. El precio anticipado por asiento y milla de Joby es de aproximadamente 3$ con una utilización anual de 2500 horas, más que un avión regional típico.

Otra startup, Archer, fue noticia en noviembre cuando United Airlines anunció planes para lanzar su primera ruta eVTOL en Nueva York en 2025, uniendo el Aeropuerto Internacional Newark Liberty y el centro de Manhattan utilizando su nuevo avión Midnight.

¿Por qué estos planes comerciales iniciales incluyen niveles de utilización tan elevados? Porque ese nivel de utilización tan alto es indispensable para que el negocio sea viable, si no es improbable que se amorticen los altos precios de los eVTOL que, a razón de 2-4 M$, son sustancialmente más altos que los helicópteros convencionales. ¡Un Robinson R44 –cuatriplaza- cuesta menos 0.5M$! Si hay tanta demanda acumulada de este servicio, ¿por qué no se cubre el mundo con taxis aéreos R44?

La situación huele a lo que el director gerente de AeroDynamic Advisory, Richard Aboulafi, llama la espiral de vida insostenible: alguien ofrece un producto o servicio con costos unitarios increíblemente bajos. Estos costos bajos se basan en tasas de producción increíblemente altas o suposiciones de utilización increíblemente altas. Estos números increíblemente altos de utilización/producción se basan a su vez en costos unitarios increíblemente bajos. Vamos, maquillar números para demostrar que un negocio inviable sí lo es.

El concepto de trasladar pasajeros de centros urbanos concurridos a aeropuertos no es nuevo. ¡Si ya se pensó en poner una terminal multimodal con autogiros incluidos en el Madrid de los años 30! New York Airways conectó el centro de Manhattan con JohnF. Kennedy, Newark, Teterboro Airport y White Plains Airport desde 1956 hasta 1979 antes de que los accidentes los llevaran a la bancarrota. También en Bruselas podíamos ver en el centro mismo de la ciudad un helipuerto para conexiones rápidas entre ciudades cercanas.

Después de un paréntesis de 40 años, este servicio resurgió recientemente gracias a Blade, que transporta a 12000 pasajeros al año entre el centro de la ciudad y los aeropuertos JFK y Newark con helicópteros convencionales. El valor añadido de este servicio es convincente. Reemplaza un viaje de 2h y 100$ en Uber, taxi o similar por un vuelo de 5 minutos y 195$. El coste operativo directo por vuelo es de aproximadamente$ 500$, (de los cuales 200$ son tasas).

Blade planea hacer la transición de helicópteros convencionales a eVTOL. Su gerencia anticipa que la nueva tecnología inicialmente permitirá una modesta reducción en los costos de vuelo en rutas clave y espera mayores ahorros con el tiempo a medida que se reduzcan los costos de la batería. Ese mismo vuelo Midtown-JFK tendrá costos operativos directos de $430, una reducción del 14%. Esto no es lo suficientemente revolucionario como para respaldar el crecimiento del mercado eVTOL previsto a decenas de miles de millones de dólares para 2030 ni permite los bajos costes que se anuncian para los pasajeros. Tan sólo permite reemplazar los helicópteros que ya prestan un servicio equivalente. Pero, aunque el coste operativo por vuelo sea más bajo, el coste de adquisición de la aeronave es muy superior. El punto de equilibrio es delicado.