Sikorsky apunta a los rotores basculantes y a la electrificación

Los primeros intentos de helicóptero de alta velocidad de Sikorsky fueron el X2 o el Raider. Helicópteros compuestos, con dos rotores contrarrotatorios y una hélice impulsora. Por eso, hasta ahora hablar de aeronaves de rotores basculantes o convertiplanos era hablar de Bell, con su Osprey o su Valor, o de Leonardo, antes Augusta, y su modelo 609. Y ahora tenemos que añadir también a Sikorsky, que acaba de presentar su modelo de rotor basculante.

Las aeronaves conocidas como convertiplanos tratan de aunar en un solo desarollo lo mejor de los aviones y lo mejor de los helicópteros, permitiendo el vuelo a punto fijo, como en un helicóptero, y pero con la economía de combustible de crucero de un avión. Pero la velocidad de crucero queda limitada por las grandes palas de los rotores.

Cuando la punta de pala alcanza velocidad supersónica la hélice pierde eficiencia, y debido a la combinación de velocidad de rotación de la hélice/rotor más la de traslación de la aeronave, la velocidad de un avión de hélice está limitada. Y debido a que el radio del rotor es mucho mayor que el de una hélice, la velocidad lineal de la punta de pala es mucho mayor, y por tanto el límite de velocidad de vuelo del helicóptero, o del convertiplano, es mucho menor que el de un avión con hélice.

La propuesta de Sikorsky no se limita sólo a una aeronave con dos rotores, sino a toda una familia, con distintos grados de electrificación, con convertiplanos de mayor tamaño y con helicópteros.

La electrificación de las aeronaves permite utilizar motores de bajo mantenimiento y alta fiabilidad, como son los eléctricos. Elimina la necesidad de pesados reenvíos y reductoras. Pero además dota de flexibilidad al desarollador, facilitando el cambio de fuente de energía, bien un generador eléctrico conectado a una turbina de gas, bien una pila de combustible, una de hidrógeno, distintas configuraciones de baterías… Y de paso intentar consumir menos, y ser más verdes. Pero de momento, sólo tenemos unas imágenes creadas por ordenador.

Nota de prensa

ANAHEIM, California, 27 de febrero de 2024 – Sikorsky, una compañía de Lockheed Martin (NYSE: LMT), presentó hoy su plan para construir, probar y volar un demostrador de despegue y aterrizaje vertical híbrido-eléctrico (HEX / VTOL) con una configuración de ala basculante.

El diseño es el primero en una serie de grandes aeronaves VTOL de próxima generación, que van desde helicópteros más tradicionales hasta configuraciones VTOL con alas, que contarán con diferentes grados de electrificación y un sistema avanzado automatismos para vuelo opcionalmente pilotado.

“Nunca dejamos de innovar en Sikorsky”, dijo el presidente de Sikorsky, Paul Lemmo. “La autonomía y la electrificación traerán un cambio transformador a la seguridad de vuelo y la eficiencia operativa de grandes aeronaves VTOL. Nuestro programa demostrador HEX proporcionará ideas valiosas mientras buscamos una futura familia de aeronaves construidas a la escala y configuraciones preferidas relevantes para clientes comerciales y militares”.

El programa HEX pondrá énfasis en un alcance superior a las 500 millas náuticas a alta velocidad, menos sistemas mecánicos para reducir la complejidad y costos de mantenimiento más bajos.

Sikorsky Innovations, el grupo de prototipado de la compañía, y GE Aerospace están finalizando diseños para construir una plataforma de pruebas de sistemas de energía híbrido-eléctricos con un motor eléctrico de 600KW. La plataforma de pruebas es un primer paso para evaluar el rendimiento en vuelo estacionario del demostrador HEX siguiente, una aeronave de peso máximo al despegue de 9,000 libras con un turbogenerador de clase 1.2MW y electrónica de potencia asociada.

“Dentro del pilar eléctrico de Sikorsky, estamos diseñando motores eléctricos, electrónica de potencia y nuestro propio hardware de gestión de vehículos y actuación”, dijo Igor Cherepinsky, director de Sikorsky Innovations. “HEX integrará estos componentes, mostrará la creciente madurez de nuestro conjunto de autonomía MATRIX™ y el potencial de sistemas sin necesidad de mantenimiento. Ver los resultados nos llevará a diseños más eficientes en general”.

Sikorsky Innovations se formó en 2010 para superar los desafíos tecnológicos de la velocidad, autonomía e inteligencia de las alas rotatorias. Conozca más sobre los logros del equipo de ingeniería en estas áreas de enfoque tecnológico y su nuevo enfoque en la electrificación y la automatización.

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.