El programa de demostración de propulsión de aeronaves híbridas eléctricas conocido como SHEPARD ha recibido su designación oficial de avión experimental: XRQ-73.
SHEPARD es un programa experimental que aprovecha la arquitectura de propulsión híbrida eléctrica y algunas de las tecnologías de componentes del proyecto anterior Great Horned Owl de AFRL y IARPA. Además el programa, para reducir riesgos de desarrollo y acortar tiempos, pretende reutilizar todas las tecnologías ya conocidas y disponibles o desarrolladas para otros programas de DARPA, integrándolos para desarrollar un vehículo nuevo.
Evolución desde el programa anterior XRQ-72A a XRQ-73
El diseño es de ala volante, muy similar a los ya conocidos, con puntas de plano con un diedro marcadamente distinto al del resto del ala, posiblemente para mejorar estabilidad y control. Aunque en una imagen más antigua, sobre estas líneas, cuenta con cuatro entradas de aire (o una grande con muchos dientes de sierra), mientras que la última imagen de la nota de prensa más reciente, la primera de esta entrada, muestra dos tomas de aire claramente diferenciadas.
Más allá de que la propulsión es híbrida-eléctrica, como un «Prius con alas», no han trascendido más detalles de la misma. Sí se sabe que su predecesor contaba con un par de motores que actuaban como generadores y que movían cuatro motores situados sobre el ala, lo que hacía que el diseño no tuviera nada de furtivo, aunque las hélices entubadas sí sugieren un diseño silencioso.
El contratista principal para SHEPARD es Northrop Grumman Corporation. Scaled Composites, es un proveedor importante, junto con Cornerstone Research Group, Brayton Energy, PC Krause and Associates y EaglePicher Technologies.
La presencia de los contratistas garantizan el uso extensivo de materiales compuestos, así como larga experiencia en alas volantes.
El equipo de DARPA incluye miembros del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL), la Oficina de Investigación Naval (ONR) y nuestros combatientes.
Se espera que el avión XRQ-73, clasificado como un UAS de Grupo 3 con un peso aproximado de 1,250 libras (567.5kg), realice su primer vuelo a finales de 2024.
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.
Electra ha hecho público que su demostrador tecnológico, conocido como EL-2 Goldfinch ha realizado su primer vuelo.
El prototipo es biplaza. Sin embargo, el objetivo de Electra son las aeronaves de cercanías, para desplazamientos de entre 80 y 800km.
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 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 a los desplazamientos urbanos, es por lo que creemos que puede ser viable en un futuro relativamente cercano.
Su objetivo, más que la movilidad aérea urbana, son los enlaces interurbanos, los vuelos regionales de enlace. Como comentamos en el podcast en el que analizábamos la hoja de ruta neerlandesa para la descarbonización de la aviación, puede ser una gran opción en esas rutas donde no está justificada la inversión para crear una ruta de ferrocarril, y al que pueden complementar, alimentando desde zonas con menos transporte nudos de ferrocarril o hubs aeroportuarios. También podría ser útil como aeronave medicalizada, reduciendo los costes de estas operaciones, que recaen hoy en día en su mayoría en helicópteros. Y operando desde pistas de poco más tamaño que los actuales helipuertos, que son de unos 30m de diámetro más el área de seguridad.
Electra anunció que ha completado con éxito los primeros vuelos de su EL-2 Goldfinch, una aeronave híbrida eléctrica de despegue y aterrizaje cortos (eSTOL, por sus siglas en inglés).
El Goldfinch completó un vuelo de prueba totalmente eléctrico el 11 de noviembre y un vuelo híbrido eléctrico el 19 de noviembre, ambos pilotados por Cody Allee, desde el Aeropuerto Regional de Manassas en Virginia. El primer vuelo híbrido duró 23 minutos, alcanzó una altitud de 3,200 pies y cubrió una distancia de aproximadamente 30 millas. Estamos ansiosos por ampliar aún más el alcance de esta aeronave y demostrar la capacidad completa de la tecnología de Electra.
JP Stewart, vicepresidente y director general de Electra
El demostrador tecnológico biplaza Goldfinch eSTOL es la primera aeronave de sustentación soplada del mundo que utiliza propulsión eléctrica distribuida y un sistema de propulsión híbrido-eléctrico. La aeronave utiliza ocho motores eléctricos para aumentar significativamente la sustentación del ala y permitir despegues y aterrizajes ultra cortos, al tiempo que reduce drásticamente el ruido y las emisiones por debajo de los de las aeronaves y helicópteros convencionales. La propulsión híbrido-eléctrica proporciona un largo alcance sin necesidad de estaciones de carga en tierra.
Electra está desarrollando una versión de nueve pasajeros de la aeronave para los mercados comerciales y gubernamentales que puede despegar y aterrizar con carreras de tan solo 150 pies (46m)y volar a velocidades de 200 mph (320km/h) a distancias de 500 millas (800km). El producto eSTOL de Electra cuenta con un fuerte interés en el mercado; Electra actualmente tiene preórdenes de más de 30 clientes para más de 1700 aeronaves, lo que representa un total de más de $6 mil millones en pedidos pendientes. Electra desarrollará un prototipo de una aeronave eSTOL de preproducción a escala completa bajo una asociación de financiamiento estratégico previamente anunciada con el programa AFWERX Agility Prime de la USAF, valorada en hasta $85 millones. La certificación y la entrada en servicio comercial bajo las regulaciones de la FAA Parte 23 están previstas para 2028.
El objetivo de Electra es llenar un vacío en los viajes aéreos entre 50 y 500 millas, donde la mayoría de los viajes se realizan hoy en automóvil. La clave para ahorrar tiempo es operar cerca, lo que significa entrar y salir de espacios confinados de manera silenciosa y segura, al tiempo que se es lo suficientemente rápido para cubrir largas distancias. Electra podrá llevarte desde el centro de Manhattan no solo al aeropuerto Kennedy, sino también a Washington, DC. Traerá servicios aéreos a miles de comunidades donde los viajes aéreos hoy no son una opción práctica o asequible. También abre vastas oportunidades nuevas para la logística de carga de media milla.
Sergey Brin, co-fundador de Google, fundó LTA(lighter than air) Research con intención de crear dirigibles que pudieran transportar personas o bienes en zonas remotas con malas comunicaciones y/o en caso de desastres naturales.
LTA ha estado diseñando y construyendo este dirigible de última generación en los últimos años. Su estructura está formada por mamparos de titanio y barras de fibra de carbono, y estará propulsado por 12 motores eléctricos.
Y gracias a IEEE sabemos que la FAA le ha concedido en septiembre un certificado de aeronavegabilidad especial, lo que significa que en breve empezará los ensayos en vuelo.
El certificado permite a LTA volar el Pathfinder 1 dentro de los límites de Moffett Field y el espacio aéreo del vecino aeropuerto de Palo Alto, a una altura de hasta 460 metros (1500 pies). Esto le permitirá aventurarse sobre el sur de la Bahía de San Francisco, sin interferir con los aviones que entran o salen de los aeropuertos comerciales de San José y San Francisco International.
El enorme dirigible inicialmente estará sujeto a un mástil de amarre móvil para pruebas en tierra al aire libre, antes de realizar 50 horas de vuelo a lo largo de unos 25 vuelos.
Doce motores eléctricos distribuidos en los laterales y la cola del dirigible impulsarán al dirigible, que alcanzará velocidades de hasta aproximadamente 120 kilómetros por hora. Una resistente capa de material laminado de Tedlar forma el revestimiento de la aeronave, y contiene en su interior 13 bolsas de helio de nylon ripstop. Estas bolsas tienen instalados sistemas lidar, para controlar el nivel de gas de su interior.
Pathfinder 1 cuenta con un sistema motor híbrido, con dos generadores diésel de 150 kilovatios que trabajan junto a 24 baterías para proporcionar energía a los motores eléctricos, según una reciente presentación del CEO de LTA, Alan Weston. Él afirmó que LTA tiene planes de utilizar hidrógeno en futuras versiones del dirigible, tal vez como combustible para futuras celdas de combustible o motores.
Aunque el Pathfinder 1 está diseñado para ser operado por un solo piloto, cuenta con doble-mando y, según la carta de LTA a la FAA, tendrá un segundo piloto a bordo «para las pruebas de vuelo iniciales hasta que se pueda evaluar la carga de trabajo del piloto». La góndola que LTA está utilizando para el dirigible fue diseñada por la famosa compañía Zeppelin en Alemania y puede acomodar hasta 14 personas, aunque durante las pruebas no se permitirán pasajeros.
Con una longitud de 407 pies (124 metros) y un diámetro de 66 pies (20 metros), es considerablemente más largo que el Airlander 10, aunque tiene menos de la mitad de su anchura, lo que le convierte en el mayor dirigible construido en los Estados Unidos desde el Makom. Puede que no califique como la aeronave más grande del mundo, pero sigue siendo absolutamente enorme, aproximándose al doble de la longitud de un Airbus A380. Y aun así, tan solo es una prueba de concepto de lo que vendrá después, el Pathfinder 3: Un dirigible de 984 pies (300 metros). Esto es incluso más grande que los gigantescos dirigibles de la clase Hindenburg de 804 x 135 pies (245 x 41 metros) de la década de 1930, que siguen siendo hasta el día de hoy las aeronaves más grandes jamás construidas.
En última instancia, LTA tiene la intención de utilizar sus aeronaves para misiones humanitarias, transportando carga y personal a áreas inaccesibles por carretera. Brin dirige una organización sin fines de lucro independiente de LTA, llamada Global Support and Development, que ya ha llevado a cabo dichas misiones por mar, en el Caribe, América Latina y el Pacífico Sur.
Comentarios
Si bien es cierto que la necesidad de infraestructuras necesarias para dar soporte en tierra a este tipo de aeronaves son escasas, sería interesante saber cómo se piensan solventar los problemas típicos de los dirigibles, que son algo difíciles de manejar en tierra y hace falta anclarlos. De hecho, por ese motivo en la última oleada que hubo de regreso al dirigible se apostaba por aeronaves híbridas, donde el 80% de la sustentación venía del helio y el resto de la forma de fuselaje sustentador de la aeronave.
No es la primera vez que hablamos de híbridos avión-dirigible que intentan aunar lo mejor de cada aeronave: los bajos costes de mantener en vuelo el dirigible y su capacidad de despegue y aterrizaje en poco espacio pero evitando los problemas derivados de su flotabilidad a la hora de manejarlo en tierra, junto con una mayor velocidad de crucero.
El concepto de un híbrido aeronave más ligera que el aire-aeronave más pesada que el aire (o dirigible avión) parece haberse originado a mediados de la década de 1950 con Goodyear Aircraft Corp. y su dirigible no rígido Dynamic Lift [pdf]. Avanzó aún más en el mediados de la década de 1960 por Aereon Corporation con sus Dynairship.
En 1972, Frank M. Clark, uno de los fundadores de Megalifter Co., lanzó el desarrollo de su híbrido. Las principales ventajas reivindicadas para este gigantesco avión híbrido eran mayor estabilidad, mayores cargas útiles, menor costo y distancias de despegue más cortas que los aviones de transporte pesado convencionales.
La sustentación debía venir tanto del ala, como de las celdas de gas helio que rellenaban el fuselaje, como de la forma de fuselaje sustentador del mismo. En el interior habría un túnel, que sería la zona de carga. La estructura del fuselaje la formaría, básicamente, un exoesqueleto de malla geodésica. La resistencia estructural la proporcionarían el túnel de carga, a modo de viga de quilla, la malla geodésica del exoesqueleto y las cámaras de helio, como en los aviones inflables. La cabina de los pilotos sería la estándar de un C-5 Galaxy.
Comparación de tamaños Megalifter-C5 Galaxy. También se observa que comparten sección de morro.
El Megalifter se consideró adecuado para su uso como banco de pruebas para el programa del Centro de Investigación Langley de la NASA sobre la viabilidad de utilizar hidrógeno como combustible para aviones. Un estudio similar se había llevado a cabo en los años 50 sobre un Canberra.
En 1974, el Megalifter se propuso a la NASA en respuesta a su petición de ideas para usar vehículos más ligeros que el aire para satisfacer las necesidades futuras de transporte de grandes cargas. Sin embargo, no se proporcionaron fondos significativos de la NASA para el desarrollo de Megalifter. Con el apoyo financiero de Howard Hughes, el trabajo en el Megalifter continuó hasta la muerte de Hughes en 1976. Nunca se construyó un Megalifter.
Y ya sabéis, si os ha gustado la entrada, ¡seguidnos!
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