La industria de los eVTOL se queja del «turismo de certificación»

Hemos hablado mucho de eVTOLS, y no precisamente bien, en los últimos tiempos, pero nos limitaremos a recordar que las cuentas no salen, que certificarlos no es tan sencillo como parece, que pueden ser problemáticos en la integración en las ciudades por los vientos que causan sus rotores, que no son eficientes, que ya algún bombero nos ha avisado de los problemas de seguridad en caso de accidente urbano, que la vida de las baterías es mucho más corta de lo que se esperaba, que la experiencia de vuelo no tiene por qué ser la más cómoda, que incluso la meteo podría poner en jaque su viabilidad económica, o que la madurez de las baterías está lejos de ser la que se presume. O que otros intentos con tecnologías más maduras, como la de Sabena y sus helicópteros, han fracasado, y los fabricantes —como Airbus— se están retirando, y también hemos explicado el espacio aéreo en el que se supone que van a volar, el U-Space. Y, gracias a Flightglobal, descubrimos que el sector se encuentra dividido entre los que buscan «paraísos de certificación», donde operar las aeronaves es más sencillo a pesar de no estar certificadas, o incluso donde lograr su certificado de aeronavegabilidad es más sencillo, y los que ven peligroso este movimiento y lo critican, defendiendo la postura más tradicional y conservadora de lograr primero la certificación con las autoridades aeronáuticas de los países de origen de las empresas, casualmente las más veteranas y exigentes: EASA y FAA, cuyos certificados son suelen ser reconocidos de forma inmediata por cualquier otra autoridad.

Prototipo híbrido eléctrico de Joby

Esta semana, el presidente de la británica Vertical Aerospace dejó claro que tiene una visión desfavorable de los planes de sus competidores de prestar servicios de aerotaxi en países de oriente medio antes de tener los certificados de la EASA o de la FAA, mientras que el director ejecutivo de la firma estadounidense Electra advirtió en contra empujar tecnologías novedosas demasiado rápido a través de la aprobación regulatoria.

El presidente de Vertical, Domhnal Slattery, lo ha llamado “turismo de certificación”.

Estos competidores estadounidenses parecen estar persiguiendo una estrategia de lo que llamo ‘turismo de certificación’, lo cual no es realmente una buena idea. Las cosas pueden salir mal. Estoy hablando específicamente de Abu Dhabi y Dubái”, dijo Slattery el 19 de noviembre durante un evento de aviación organizado por Honeywell en Washington, DC.

Slattery, si bien nombra abiertamente los países donde se están intentando volar de forma acelerada las aeronaves competidoras, no nombra directamente a ninguna de las firmas responsables. Su firma, que cotiza en bolsa, está certificando su VX4 con la FAA estadounidense y la EASA europea.

Los competidores a los que hace referencia pueden ser Archer Aviation y Joby Aviation, también en bolsa, y que han cambiado recientemente en gran medida su enfoque hacia Oriente Medio y ahora buscan aprobaciones en los Emiratos Árabes Unidos y Abu Dhabi. Lo han hecho mientras sus esfuerzos para lograr certificaciones de la FAA han tardado más de lo esperado, y posiblemente forzados por el hecho de tener un producto viable antes de perder la confianza de los inversores y tener que declarar la bancarrota. Joby busca vo

“Nuestras colaboraciones con reguladores visionarios como la Autoridad General de Aviación Civil de los EAU no son un atajo; el proceso con la GCAA está en plena alineación con la metodología de certificación de la FAA y la base de certificación que hemos estado construyendo junto a la Administración desde 2016. La GCAA está adoptando activamente los estrictos estándares de certificación de tipo de EE. UU. como su base para la aeronavegabilidad. Generar datos de vuelo operativos en entornos reales como Dubái mejora nuestra aeronave, fortalece nuestros protocolos de mantenimiento y, en última instancia, reduce los riesgos de todo el programa de certificación”, dice Joby a FlightGlobal.

Archer no respondió a Flightglobal ante la solicitud de comentarios sobre el «turismo de certificación». Archer ha identificado varios mercados con la marca Launch Edition para comercializar aeronaves pre-certificadas, incluyendo Abu Dhabi, Etiopía e Indonesia. La empresa señaló a principios de este año que la estrategia busca “establecer unas reglas de juego para una comercialización pragmática y repetible para desplegar Midnight en mercados de adopción temprana antes de la certificación de tipo en EE.UU”.

Slattery, de Vertical, advierte que tales esfuerzos podrían resultar contraproducentes. “Las jurisdicciones quieren estar a la vanguardia de la movilidad aérea urbana, lo que aplaudo”, dice. “Pero no cuentan con las competencias, capacidades y recursos para certificar una aeronave”. “Tenemos que alzar la mano y decir: ‘El turismo de certificación no es buena idea’. Si algo sale mal, será un mal día para todas las empresas del sector. Todos seremos arrastrados por el tsunami”.

Prototipo de Electra

Marc Allen, director ejecutivo de Electra, una firma que no cotiza en bolsa y apuesta por las aeronaves híbridas de ala fija y despegue ultracorto en lugar de los más arriesgados eVTOL, advierte también contra querer avanzar demasiado rápido.

“La impaciencia no es una cualidad ganadora para nadie en la industria aeroespacial… La impaciencia puede chocar en algún momento con la realidad. Ser público —estar en bolsa—, en un contexto de desarrollo, es muy difícil, y creo que obliga a cualquiera que esté en esa posición a buscar formas de lograr que la comunidad inversora participe y siga contando una historia de progreso. Es un resultado natural”, Marc Allen, director ejecutivo de Electra.

Allen ve el giro hacia Oriente Medio en parte como una respuesta a las presiones que enfrentan las empresas que cotizan en bolsa por parte de inversores deseosos de ver avances.

La certificación de una aeronave es difícil y costosa. Y con este tipo de aeronaves se unen las dificultades propias de los fabricantes que no tienen experiencia en certificación y desconocen el proceso así como que las propias agencias desconocen cómo certificar este tipo de aeronaves puesto que no encajan en ninguna de las categorías ya existentes, más la necesidad de certificar tipos de propulsión no certificadas hasta ahora de forma habitual (como la eléctrica y la híbrida, cuyos desarrolladores tampoco tienen experiencia en certificación). Además da la impresión de que los inversores quieren desarrollar los vehículos como si fueran software, y olvidan que no son aeronaves experimentales, sino de transporte de pasajeros.

Ante la ausencia de una norma regulatoria que se adapte al 100%, los reguladores están creando una nueva, basada en otras ya existentes, como las de helicópteros y aeronaves ligeras, pero sin olvidar que se deben cumplir los requisitos —más exigentes— de las aeronaves dedicadas al transporte de pasajeros en operaciones comerciales.

¿Podría la «meteo» hundir el sueño de la movilidad aérea urbana?

Hemos hablado mucho de eVTOLS, y no precisamente bien, en los últimos tiempos, pero nos limitaremos a recordar que las cuentas no salen, que certificarlos no es tan sencillo como parece, que pueden ser problemáticos en la integración en las ciudades por los vientos que causan sus rotores, que no son eficientes, que ya algún bombero nos ha avisado de los problemas de seguridad en caso de accidente urbano, que la vida de las baterías es mucho más corta de lo que se esperaba, que la experiencia de vuelo no tiene por qué ser la más cómoda, o que la madurez de las baterías está lejos de ser la que se presume. O que otros intentos con tecnologías más maduras, como la de Sabena y sus helicópteros, han fracasado, y los fabricantes —como Airbus— se están retirando, y también hemos explicado el espacio aéreo en el que se supone que van a volar, el U-Space. Pero no se nos había ocurrido hablar de cómo iban a interactuar con la meteo, y nos hemos encontrado este análisis en LinkedIn que nos ha encantado, así que os lo resumimos traducido aquí debajo.

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Por qué los motores de los aviones son tan grandes, y los eVTOL tan ineficientes

Parecen dos temas totalmente independientes, pero en el fondo están íntimamente relacionados, y todos se pueden explicar con la misma simplificación matemática de cómo funciona un grupo moto-propulsor de una aeronave.

Una de las teorías más sencillas de cómo se produce el empuje en un avión, sea de motor de pistón más hélice, sea un motor a reacción, sea un turbofan, es la teoría de la cantidad de movimiento.

En esta teoría, se reemplaza todo el grupo  motopropulsor por un «disco» que tiene el área de la hélice, o del fan, y que proporciona al aire «aguas arriba» un salto de velocidad y un incremento de presión, lo que genera un empuje.

De esta manera nos permite expresar el empuje obtenido y el rendimiento del grupo motopropulsor de formas muy sencillas.

La teoría tomta tantas hipótesis tan imposibles de cumplir en la realidad, que hace que sea una teoría poco representativa de la realidad. Sin emabargo es MUY simple, y nos da una cota superior del rendimiento del grupo motopropulsor. Esta cota superior del rendimiento sería el rendimiento teórico máximo. Por eso nos permite comparar de forma sencilla y rápida distintas configuraciones, y sabemos que si una configuración es mala con esta teoría —que es en exceso benévola—, en la realidad la configuración será malísima.

No vamos a entrar a desarrollarla, puesto que hay muchos apuntes en internet que la explican, incluso en la Wikipedia, y  nos vamos a quedar sólo con las ecuaciones que nos interesan, la de la tracción generada por el grupo motopropulsor (T), y la del rendimiento (potencia util/potencia generada).

T=2·ro·S·(V+vi)·vi

Siendo T la tracción, ro la densidad del aire, S la superficie del disco, V la velocidad de la corriente libre y vi la velocidad que se induce al aire en el disco.

De la primera deducimos que:

  • Cuanta más densidad de aire, mejor (y por tanto tendremos problemas los días de mucho calor o a gran altitud no solo porque el término de la densidad del aire aparece en la expresión de la sustentación, sino porque también aparece en el de la tracción).
  • Cuanto más grande sea el disco de la hélice (o del fan), más tracción tenemos. Pero esto nos limitará la velocidad en aviones de hélice muy rápidos, al alcanzar antes la velocidad supersónica en punta de pala que en una hélice de menor radio.
  • Cuanto mayor es el salto de velocidades antes del disco y después del disco, más tracción tenemos también.

R=1/(1+(vi/V))

Y ahora vamos a por la ecuación del rendimiento. Lo que nos dice es que cuanto mayor sea el salto de velocidades entre la corriente libre (o aguas arriba) y la velocidad que se imprime al aire en el disco, menor será el rendimiento.

Así que para conseguir mucho empuje con un gran rendimiento, hay que mover mucha cantidad de aire (disco con superficie muy grande), dándole un salto de velocidad lo más pequeño posible.

Así pues…

  • Los aviones de hélice que vuelan relativamente lentos tendrán palas de hélices largas (pero cuanto más rapido tenga que volar el avión, más habrá que recortar la pala)
  • Los aviones de turbofan procuran dar un salto pequeño de velocidad a mucha cantidad de aire, con motores de muy alto índice de derivación
  • En tamaño radio control, un helicóptero será más eficiente que un multicóptero, que suelen tener muchas hélices pero pequeñas y su área total rara vez alcanza la del helicóptero de misma masa.
  • Todos los eVTOL que han optado por configuraciones con un disco pequeño (o suma de discos pequeños, porque casi todos usan mútiples hélices pequeñas) serán mucho menos eficientes que cualquier ala rotatoria tradicional, sea helicóptero sea autogiro
Ya archi-conocida imagen explicando cómo varía la eficiencia del un VTOL volando a punto fijo en función de la carga del disco, proveniente del libro de la NASA: The History of the XV-15 Tilt Rotor Research Aircraft: From Concept to Flight (PDF)

Y, dicho sea de paso, esto también explica por qué los resultados sobre viento producido aguas abajo de los rotores de los eVTOL medidos por la FAA, calculados por la CAA  y esperados por la EASA sean incluso mayores que en los  helicópteros.

La FAA ha medido la estela de tres eVTOL: el viento generado es cercano al del huracán

Como parte del esfuerzo de la Administración Federal de Aviación (FAA) para establecer directrices de diseño de vertipuertos para instalaciones destinadas a aceptar aeronaves de movilidad aérea urbana, eVTOLs, y helicópteros de clase especial, es cada vez más importante determinar los factores de riesgo relacionados con su operación y cómo mitigarlos.

El flujo de aire generado por los rotores/propulsores de la aeronave durante el despegue y aterrizaje, conocido como DWOW, siglas de DownWash and OutWash, puede representar riesgos significativos para las personas y la propiedad en las cercanías de las operaciones de la aeronave. El downwash es el flujo vertical y descendente de aire producido por los rotores/propulsores, mientras que el outwash es el flujo lateral, radial y hacia afuera que ocurre cuando el aire descendente es deflectado al entrar en contacto con la superficie de aterrizaje.

Los impactos negativos de DWOW pueden verse exacerbados en ubicaciones de vertipuertos en áreas urbanas donde se proponen operaciones de alto volumen y alto ritmo debido a las densas poblaciones y el mayor tráfico en esas áreas. Sin embargo, la investigación actual sobre los efectos y la mitigación de DWOW es limitada. Este informe (Electric Vertical Takeoff and Landing (eVTOL) Downwash and Outwash Surveys) describe la recolección y análisis de datos de DWOW de aeronaves VTOL y la necesidad de mitigar los riesgos asociados.

La forma más confiable de obtener datos de DWOW de eVTOL es a través de ensayos de aeronaves a escala real. Esta investigación midió el DWOW de tres prototipos de aeronaves eVTOL, no identificados, para determinar su velocidad máxima en varias ubicaciones de un vertipuerto.

Se utilizó una red de sensores a nivel del suelo y una red vertical de anemómetros tridimensionales para recopilar las velocidades del viento. Los ensayos se realizaron en diferentes momentos y ubicaciones, y se llevaron a cabo bajo condiciones meteorológicas visuales diurnas. Los pilotos de las aeronaves realizaron varias maniobras preestablecidas y características de la operación normal de estas aeronaves (aproximaciones, vuelos a punto fijo…) dentro de los límites establecidos para ellas en este tipo de «helipuerto especial». Sin embargo, la FAA señala: “En el momento de las pruebas, los perfiles de vuelo de las aeronaves estaban limitados debido a la naturaleza experimental de las aeronaves y su etapa temprana de desarrollo”.

Las tres aeronaves estudiadas, todas prototipos de aeronaves en desarrollo, variaban en configuración, número de sistemas de propulsión, palas por unidad de propulsión y peso máximo de despegue, siendo este siempre inferior a 6500 libras (2950 kg). Solo uno de los tres fue pilotado a bordo, mientras que los otros dos fueron operados remotamente.

El análisis de los resultados incluyó velocidades instantáneas máximas, medias en movimiento y desviaciones estándar en movimiento basadas en un período de tiempo de 3 segundos, y un percentil 95 en movimiento durante 3 segundos. Las mediciones fueron comparadas con modelados y simulaciones del método de partículas vórtices viscosos, cuando fue posible.

“El flujo de aire descendente y de salida (DWOW) de los aviones eVTOL puede representar riesgos significativos para las personas y la propiedad y debe ser tenido en cuenta en el diseño de los vertipuertos”, señala la FAA.

Utilizando tres prototipos de aeronaves eVTOL no identificadas proporcionadas por sus fabricantes, el estudio de la FAA encontró que la velocidad máxima instantánea del flujo de aire generado por los rotores o propulsores fue de casi 100 mph (86 kt/160 km/h) a una distancia de 41 pies (12 m) del centro del área de despegue y aterrizaje.

Incluso a 100 pies (30.5 m) del centro del área de despegue, se registraron velocidades de 60 mph (100km/h), agrega la FAA, y la velocidad más alta en el percentil 95 en un período de tres segundos fue de 84 mph (135 km/h) a 23 pies (7 m) del centro. Los datos del percentil 95 en movimiento para uno de los tres eVTOLs – un modelo pilotado remotamente – muestran una cifra de casi 64 mph (103 km/h) a 126 pies (38.5 m) del centro del área de despegue.

El informe, para una mejor comprensión de los resultados, los compara con la escala de Beaufort.

La guía de la FAA indica que la mayoría de los accidentes relacionados con estos vientos causados por el rotor pueden evitarse si se mantienen distancias de seguridad tales en las que el viento causado por el rotor sea de 30-40kt (55.5-74 km/h). Así pues, El DWOW de las aeronaves eVTOL en el área de seguridad definida en la guía para el diseño de vertipuertos, y más allá, supera la mayoría de los umbrales de seguridad de velocidad contrados en la guía de la FAA, afirma el informe.

El flujo de alta velocidad de DWOW generado por las aeronaves eVTOL podría fácilmente ir más allá del área de seguridad de un vertipuerto, crear riesgos de seguridad para personas, aeronaves, equipos e infraestructura, tanto dentro como fuera del sitio.

Los fabricantes de eVTOL proponen operaciones eVTOL de alto volumen y alta frecuencia en áreas urbanas, lo que tiene un mayor potencial de impactar a los transeúntes con DWOW que los helicópteros tradicionales en helipuertos

Los resultados sugieren que el deseo de la industria de eVTOL de establecer áreas de aterrizaje en estructuras existentes, como garajes o cubiertas de algunos edificios, es poco probable que sea factible.

El estudio de la FAA respalda una investigación previa realizada por la Autoridad de Aviación Civil del Reino Unido, en la que se utilizaron técnicas computacionales avanzadas para predecir velocidades de aire muy similares en la salida a las que se midieron. Y también son similares a las que esperan en Europa, a la vista de las zonas de seguridad definidas y la velocidad del aire que deben soportar, según Prototype Technical Design Specifications for Vertiports.

Los nuevos diseños de rotores múltiples y las complejidades de las interacciones entre estela a estela, estela a fuselaje y estela al suelo – que también variaban con la velocidad, el rumbo y la altitud – resultaron en “campos de flujo de DWOW no uniformes y de alta velocidad que pueden fácilmente ir más allá del área de seguridad de un vertipuerto”, dice, lo que justifica más investigación.

En un entorno real, esos campos de flujo también podrían verse impactados por estructuras en el suelo que no estaban presentes en el estudio.

Adicionalmente, cabe reflexionar acerca del ruido real que van a generar esos vientos. Una segunda derivada a tener en cuenta es que se han propuesto drones de tamaño similar a estos eVTOL para combatir incendios en edificios, pero si los vientos generados son de esta magnitud, podría no tener ningún sentido su desarrollo.

[Vídeos] Volocopter estrena su eVTOL en Versalles, sin pasajeros, el último día de los Juegos Olímpicos

Volocopter en el Trianón de Versalles, en el mismo punto desde donde despegó el primer Montgolfier

Dice el refranero español que a falta de pan, buenas son tortas. Y algo así han debido pensar los de Volocopter. Aquello de los taxis voladores autónomos llevando a los espectadores a los Juegos Olímpicos de París, con sus rotores movidos por motores eléctricos zumbando sobre el paisaje urbano marcando el comienzo de lo que llaman la nueva movilidad urbana o la movilidad aérea urbana, ha quedado en un vuelo sin pasajeros, pero con equipaje.

El director general de Aeropuertos de París, Augustin de Romanet, dijo el jueves que no se había conseguido la certificación de la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA) a tiempo para los Juegos, así que nada de vuelos comerciales. Eso sí, el domingo 11 de agosto se realizó un vuelo de prueba, marcando el último día de los Juegos Olímpicos de 2024 con una demostración al amanecer sobre los resplandecientes terrenos del palacio de Versalles, despegando desde el mismo punto que lo hiciera el globo de Montgolfier en 1783, frente a las cinco rutas olímpicas, incluido un aterrizaje en una plataforma en el río Sena.

Dirk Hoke, CEO de la compañía, esperaba que el presidente francés Emmanuel Macron fuera su primer pasajero. Nosotros, ya sabéis, no somos tan optimistas.

Volocoper