Piasecki espera ser quien vuele el primer helicóptero híbrido H2-eléctrico

Imagen artística del PA-890

Piasecki es conocido por ser pionero en sus desarrollos de helicópteros compuestos, aquellos que para aumentar su velocidad de crucero tienen una o más hélices que impulsan hacia adelante el helicóptero. Y ahora quieren ser pioneros en los helicópteros con hidrógeno, en concreto en los helicópteros híbridos hidrógeno-eléctrico, volando el primer helicóptero tripulado alimentado con una pila de hidrógeno.

Durante el último Vertical Flight Society H-2 Aero Symposium & Workshop, John Piasecki, su CEO y presidente, anunció que espera que el primer vuelo de su helicóptero compuesto PA-890 se produzca en 2023, y que su objetivo de certificación es 2024.

El hidrógeno

Según ha dicho Piasecki, hay tres tecnologías que pueden permitir descarbonizar la aviación: el hidrógeno, las baterías y el combustible sostenible (conocido por sus siglas en inglés SAF).

Piasecki explicó que las baterías se habían caído de sus diseños por varios motivos, principalmente su coste y no cumplir con los requerimientos necesarios para las misiones de sus aeronaves, en definitiva, el ya conocido problema de que no pueden almacenar suficiente energía con un peso razonable.

Comparación de alcance objetivo para los diseños de Piasecky, de costes de operación, y de descenso de emisiones, según las distintas fuentes de energía

Además apuestan por la tecnología de la pila de hidrógeno, en lugar de utilizarlo directamente como combustible de un motor de explosión, porque minimiza el número de piezas rotando y vibrando en el helicóptero, y también simplifica la distribución de potencia, eliminando los pesados árboles de transmisión y cajas de engranajes.

Además la pila de hidrógeno permite una mejor respuesta a la hora del repostaje, más rápido que las baterías tradicionales.

En cuanto a otros estudios, adaptar a los operadores a estas aeronaves va a requerir formación en cuanto a manejo de estas células, un cambio en la logística del combustible, desde su distribución a su almacenamiento y su suministro a la aeronave, un cambio en las señalizaciones de peligro en las instalaciones…

Según la presentación de Piasecki, la percepción del público parece que va cambiando. Por fin parece que van olvidando del Hindenburg y comprenden que la propuesta de helicóptero con pila de hidrógeno nada tiene que ver con los Zeppelines, que el hidrógeno no es peligroso, e incluso es más seguro que el petróleo y sus derivados en muchos aspectos.

Las baterías de hidrógeno están siendo desarrolladas por HyPoint. El PA-890 pretende montar las HyPoint SPM20. Cada una de las células puede proporcionar 20kW de pico de potencia. Una batería de células de hidrógeno instaladas en el centro del fuselaje (cerca del centro de gravedad de la aeronave) suministrarían 560kW de potencia.

El hidrógeno se almacena en sendos tanques, que a 700 bares de presión contendrían 19.3kg de hidrógeno cada uno.

La aeronave

El PA-890 es un helicóptero compuesto con rotor de giro , con una hélice impulsora que aumenta su velocidad en vuelo. Los helicópteros, si bien tienen la virtud de poder volar a punto fijo y aterrizar en vertical en lugares confinados, tienen una velocidad de crucero limitada por el propio rotor: la velocidad de avance del helicópteor combinada con la de rotación de las palas hacen que éstas entren en régimen sónico, limitando de ese modo la velocidad máxima que se puede alcanzar. El diseño, ya probado por Piasecki, de helicóptero compuesto trata de solventarlo utilizando distintas soluciones técnicas:

  • La hélice trasera impulsa el helicóptero hacia adelante, aumentando la velocidad de crucero
  • El ala descarga el rotor, haciendo que no toda la sustentación dependa de éste. Además pivota sobre su encastre, situándose en posición vertical, para reducir la resistencia durante despegues, aterrizajes y vuelos a punto fijo.
  • El rotor, al estar descargado de dar toda la sustentación, puede reducir su velocidad de rotación, permitiendo de este modo retrasar el punto en el que la composición de velocidades de avance y rotación se vuelve sónica, y aumentando así la velocidad límite de crucero de un ala rotatoria.

El PA-890 no está destinado al mercado de la movilidad aérea urbana. Se va a certificar bajo FAA parte 27, con lo que se espera que su certificación sea más rápida y convencional que la de cualquier aparato eVTOL. Su mercado objetivo son los tradicionales de los helicópteros medios (vuelos medicalizados, policía, enlace con plataformas petrolíferas, etc), y como secundario la movilidad aérea urbana.

Fuentes

Primer vuelo de un helicóptero en Marte

Diecinueve de abril de 1890. Clement Ader registraba una patente de una cosa llamada avión. Ciento treinta y un años más tarde volaba por primera vez una aeronave de ala rotatoria en la atmósfera de otro planeta.

A las 9:34, hora peninsular española, el pequeño helicóptero no tripulado despegaba de la superficie marciana. Alcanzaba una altura sobre el suelo de algo más de 3 metros, sostenía un vuelo estacionario de 30 segundos y volvía a aterrizar de forma exitosa. En total 39.1 segundos de vuelo. Y sí, curiosamente los datos de altura sobre el suelo se han dado en metros, en lugar de en pies, ¡cosas de ingenieros! (o de pilotos de veleros).

Pero este vuelo implica muchas más cosas que controlar una aeronave a distancia, no es otro drone más.

Por un lado, y posiblemente lo más obvio, destacar que en Marte el helicóptero de palas contrarrotatorias no puede navegar con ayuda del GPS. Así pues han tenido que solucionar los problemas de navegación utilizando la vieja técnica de los inerciales, y cámaras y procesado de imágenes.

Por otro lado, no se puede recurrir a que sea un simple helicóptero teledirigido, puesto que el retraso que hay desde que se envía la orden desde la tierra hasta que la ejecuta la aeronave en Marte es suficiente como para que el vuelo termine en accidente, así que ha de incorporar una inteligencia artificial que automatice decisiones en función de los datos que reciba de los distintos sensores.

Pero además está el problema de la densidad de la atmósfera marciana. La gravedad de Marte es entorno a un tercio de la de la Tierra (3.72m/s² frente a los 9.81m/s²), lo que hace que los 1.8kg de masa pesen menos allí que aquí. Sin embargo ¡la densidad de la atmósfera es de un 1% la de nuestro planeta (~0.01kg /m3 frente a los 1.225kg/m3)!. Para que el helicóptero vuele, la sustentación proporcionada por sus palas debe al menos igualar la masa del helicóptero. Como la sustentación depende del tamaño de las palas, la velocidad a la que roten y la densidad del gas en el que se mueven, y al ser ésta última tan baja, se han tenido que utilizar palas de 1.2m de diámetro capaces de rotar a 2400rpm para elevar los menos de dos kilos (1.8kg) del helicóptero. Y posiblemente haya sido necesario desarrollar un nuevo perfil aerodinámico para las palas.

Y si todo esto os parece poco, echad un ojo a su clima.

Especificaciones

  • Altura: 0.49m
  • Diámetro de los rotores contrarrotatorios de fibra de carbono: 1.2m
  • MTOW: 1.8kg (incluye 6 baterías de litio, sensores, carga útil, y escudo térmico)
  • Masa en vacío: 0.7kg
  • Altitud máxima: de 3 a 5m
  • Alcance máximo: 300m (alcance máximo de la emisora del Perseverance)
  • Autonomía de vuelo: 90 segundos
  • Paneles solares para recargar totalmente la batería en 24h y 40 minutos (1 día marciano)

Calendario de pruebas

  • 21/03/21: Perseverance lanza la tapa que carenaba al Ingenuity
  • 03/04/21: Perseverance situa al Ingenuity en el punto escogido como adecuado para actuar como helipuerto
  • 13/04/21 la NASA realiza ensayos con Ingenuity y deciden que o deben actualizar el software del helicóptero o deben cambiar la secuencia de comandos utilizada para su puesta en marcha y despegue
  • 17/04/21 la NASA logra poner los rotores del Ingenuity al máximo de sus revoluciones
  • 19/04/21 Primer vuelo

A este primer vuelo de este demostrador tecnológico seguirán otros cuantos, todos muy sencillos y con objetivos que pueden parecer poco ambiciosos a primera vista. Pero como toda aeronave cuando se prueba, se comienzan dando saltos por la pista, y se va ampliando su envolvente de vuelo poco a poco.

Vuelos a realizar

  • 1er vuelo: Despegue, sostener vuelo a punto fijo a 3 metros, aterrizaje. 39 segundos
  • 2º vuelo: Despegue, ascenso en vertical a unos 5m, vuelo de translación en horizontal de otros ~5m, y regreso al punto de partida siguiendo la misma trayectoria. 90 segundos.
  • 3er vuelo: Despegue, ascenso vertical hasta ~5m, translación de unos ~50m. Vuelta al punto de partida. 90 segundos.

Los vuelos 4º y 5º servirán para ampliar la envolvente de vuelo del helicóptero, una vez se hayan analizado los datos obtenidos de los tres primeros vuelos.

Fuentes:

Erickson trabaja en un Aircrane apagafuegos no tripulado

Erickson está trabajando en un futuro no tripulado, u opcionalmente tripulado, para sus helicópteros.

En enero del año pasado Erickson y Sikorsky (Lockheed Martin) firmaron un acuerdo para incorporar la tecnología Matrix de Sikorsky, que ya vuela en el demostrador SARA, en sus helicópteros Skycrane.

La tecnología Matrix podría permitir al helicóptero operar de forma autónoma incluso de noche, y de esta manera utilizar los 10000 litros de agua en circunstancias que ahora mismo hacen a los pilotos quedarse en tierra.

La incorporación de esta tecnología en el Skycrane supone la introducción de un sistema fly-by-wire, y una nueva cabina, y ambos estan siendo ya incorporados junto con unas palas de material compuesto en la última versión que la compañía ha hecho de este helicóptero, el S-64F+ Elvis, que volará por primera vez en 2024.

Por supuesto, una tecnología tan de moda en el mundo militar no podía quedarse tan solo en una propuesta de helicóptero apagafuegos, y Erickson ha contactado también con el ejército estadounidense para ofrecerle una variante de transporte.

Un ejecutivo de Erickson ha dicho que las prestaciones de la aeronave en altura y con calor en el F+ han sido mejoradas: sólo con el cambio del rotor se incrementará en un 88% la carga útil, medida a 25ºC y 8000ft. La velocidad ascensional a carga máxima y 2000ft pasará de 1300ft/min a 2200ft/min. Y estas cifras mejorarán aún más con el nuevo motor. Para el F+ anuncian ¡Hasta 25000 libras de carga externa!

Y por supuesto Erickson se sube al carro de la mal llamada impresión 3D, o fabricación aditiva.

Cabe destacar que el US Army ya tiene experiencia en el empleo de helicópteros opcionalmente tripulados puesto que contaron con dos K-MAX que han volado más de 1000 misiones de combate y transportado más de 130000kg en situaciones de combate y ambientes donde hubiera sido peligroso arriesgar la vida de pilotos.

Junto con el Chinook Very Lare Helitanker es el segundo gran proyecto de apagafuegos nocturno autónomo que hemos conocido en los últimos tiempos. Y si bien en algunos entornos son vistos como una amenaza a la profesión de piloto de helicópteros, creemos que serán un complemento ideal para volar en condiciones en las que actualmente no se pueden arriesgar a volar los pilotos humanos: en incendios de noche, en condiciones de baja visibilidad o zonas de conflicto con pocas posibilidades de supervivencia.

Fuentes

Helicóptero opcionalmente tripulado de Airbus aterriza de forma autónoma en plataforma móvil

Airbusha presentado los resultados de los ensayos de su VSR700, un helicóptero opcionalmente tripulado basado en el helicóptero ligero Guimbal Cabri G2.

La parte más dificil de la operación de helicópteros, tripulados o no, es la toma en plataformas móviles.

Airbus ha desarrollado su sistema DeckFinder, que se instala tanto en la plataforma como en el vehículo, y funciona de forma autónoma e independiente de sistemas de posicionamiento por satélite (GPS y similares). Este sistema de radio frecuencia permite tener una precisión de 20cm, en un entorno operativo de -32 a +55ºC, y con plataformas que se muevan con frecuencias de hasta 33Hz.

La estación fija a la plataforma está reforzada (rugerizada, que gustan decir algunos), para soportar todo tipo de ambientes, también los marinos. La estación movil, instalada en el vehículo, es tan ligera que no llega a los 2kg de peso (1.6kg).

Fuente: Airbus

Quadcopter steampunk de 1907

No soy dado al uso de anglicismos, y tanto junto en el título no es propio de mi persona. Pero si digo helicóptero cuatrirrotor muchos no se van a enterar, y quadcopter o cuadricóptero es bastante conocido, y al fin y al cabo lo que quiero es que vengáis al blog, así que habrá que poner titulares llamativos.

Dicho esto, quiero hablaros de una aeronave, Breguet-Richet Gyroplane No.1, que conocí en septiembre de 2019 en Musée de l’Air et de l’Espace. Se trata de un helicóptero multirrotor, con fuselaje en forma de aspa, y 32 palas distribuidas en cuatro rotores, ¡de 1907!. Así visto, y a bote pronto, me pareció un drone steampunk, que bien podría ser el padre del viejo cuadricóptero agrícola de Gloster, así como de todos los actuales.

Y que curiosamente, también es el antecesor de todos los helicópteros. De hecho es el primer helicóptero que logró despegar del suelo, aunque no de forma totalmente autónoma, pues eran necesarias varias personas tensando unas sogas para poder estabilizar su vuelo. Es por esto que el honor de ser el primer helicóptero tripulado en volar se concede a Monsieur Cornu, curiosamente también constructor de bicicletas, como los Wright, con su máquina de dos rotores en tándem.

El helicóptero que nos ocupa nace de la colaboración de los hermanos Louis y Jacques Breguet con el profesor Charles Richet. Aunque a veces se cita como predecesor de los modernos drones, tan solo podría considerarse predecesor de su arquitectura, puesto que el drone nace como aeronave no tripulada y, como ya hemos visto, este cuatrirrotor nace como aeronave tripulada.

Fueron muchos los intentos de volar con ala fija, así como con ala rotatoria. Se considera que los primeros en lograr un vuelo con ala fija y motor fueron los Wright en 1903, y tan solo cuatro años después lo lograrían nuestros protagonistas.

Uno de los problemas a solventar por los aerodinos de alas rotatorias era el problema del par rotor. Por ello estos pioneros optaron por un número par de rotores contrarrotatorios, de este modo el par quedaba compensado. Otros problemas serían la asimetría de sustentación en vuelo de avance y la diferencia de resistencia que ofrece la pala que avanza frente a la que retrocede en vuelo de translación. Estos problemas no quedarían solucionados hasta que de la Cierva en su rotor del autogiro instalara (e inventara) las articulaciones de batimiento y de arrastre. Otro de los problemas que enfrentaban las alas rotatorias era la falta de potencia: el Breguet-Richet Gyroplane No.1 llevaba un solo motor Antoinette de 45hp para mover los 4 rotores y levantar con ellos sus ¡577 kilogramos! de masa al despegue.

El fuselaje consistía en cuatro brazos de estructura de tubo de acero, que sostenían en el centro el motor y el puesto de pilotaje, y en sus extremos los cuatro rotores contrarrotatorios: dos de los que estaban en una diagonal giraban en un sentido, y los otros dos que estaban en la otra diagonal en el contrario. El peso en vacío de la aeronave era de 340kg, y el peso al despegue era de 577. ¡El piloto fue seleccionado por su pequeño tamaño y poco peso! Monsieur Volumard pesaba solo 68kg.

El 24 de agosto, o el 19 de septiembre, el helicóptero se elevaba 60cm del suelo en Douai, estabilizado por los ayudantes del piloto desde tierra. El 29 de septiembre el piloto logró alcanzar 1.5m sobre el suelo, y en los siguientes vuelos de ensayo repetiría alturas similares, pero sin estabilidad ni posibilidad de control de dirección. El helicóptero solo servía para despegar en vertical, no para desplazarse de manera controlada en ninguna dirección. De hecho, ni siquiera el vuelo a punto fijo se lograba de forma controlada.

El helicóptero quedaría destruido durante uno de los vuelos de ensayo. Breguet y Richet intentarían otro diseño distinto, con dos rotores y alas fijas, el Gyroplane no. 2, pero tampoco tendrían éxito. Breguet se centraría en los aviones de ala fija, y no volvería a los helicópteros hasta casi 30 años después, con el Breguet-Dorand de rotores coaxiales contrarrotatorios.

Fuentes