El ultraligero gallego Colyaer, banco de ensayos de tecnología eléctrica y eVTOL

Fiberlaminates es una empresa gallega que fabrica los aviones ultraligeros Colyaer, de los cuales es especialmente espectacular su modelo anfibio Freedom 100.

Estos ultraligeros han servido de buena base para varios aviones no tripulados, tanto el Martin terrestre en Estados Unidos, como el Freedom anfibio en China. Y ahora junto con Abervian, Zelestium y Embention, con financiación del CDTI y de los fondos NextGenerationEU europeos, van a electrificar la aeronave.

En el marco del Programa Tecnológico Aeronáutico de 2023, subvencionado por el CDTI, las empresas citadas anteriormente han unido sus fuerzas para trabajar en el proyecto ELECTRA (ELEctrificación de ComponenTes pRopulsivos en Aeronaves).

ELECTRA tiene como objetivo principal el desarrollo de un sistema de potencia eléctrico destinado primeramente a ultraligeros y aeronaves de despegue vertical (eVTOL), aunque no descartan su potencial aplicación en otras aeronaves de mayor tamaño.

El proyecto aúna la experiencia de Fiberlaminates en la fabricación de aeronaves ligeras en material compuesto y su adaptación a otros menesteres, con la de Zelestium y su capacidad tecnológica en diseño de baterías, la de Avervian en el diseño de de sistemas de monitorización y control de baterías y Embention y su experiencia en pilotos automáticos y fly-by-wire para drones.

Además de electrificar las aeronaves para reducir la emisión directa (la que se produce por el tubo de escape) de contaminantes, el proyecto busca la reducción del ruido que generan las aeronaves, reduciendo la contaminación acústica.

De momento no hay mucha más información sobre el diseño, pero por las imágenes que hay publicadas en su web parece que lo más lógico sería realizar el proyecto en varias fases.

Teniendo en cuenta que la empresa ya tiene experiencia en la conversión de aeronaves en no tripuladas, lo lógico sería realizar una primera de electrificación de la aeronave convencional, con un motor eléctrico, las baterías y los sistemas de gestión. Aparentemente, añadirían un carenado para una hélice entubada, cuyo objetivo sería el de reducir el ruido y mejorar la eficiencia.

Una vez dominadas la electrificación y la gestión de las baterías, el siguiente paso lógico sería su conversión en aeronave de despegue y aterrizaje vertical.

Fuentes: Fiberlaminates,

Sikorsky y Rain Aero ensayan con éxito un helicóptero antiincendios no tripulado y autónomo

Helicóptero Black Hawk “pilotado opcionalmente” de Sikorsky equipado con sistemas de autonomía MATRIX —de Sikorsky— y Wildire —de Rain— durante demostraciones de localización de incendios y focalización en la sede de Sikorsky en Stratford, Connecticut.

Rain.aero junto con Sikorsky, han estado investigando desde hace tiempo la posibilidad de utilizar helicópteros no tripulados y autónomos para luchar contra incendios, aprovechando el desarrollo de la tecnología MATRIX de Sikorsky. que convierte a sus Black Hawk en aeronaves opcionalmente tripuladas.

La demostración de vuelo tuvo lugar en la sede de Sikorsky en Stratford, Connecticut, con el “helicóptero Black Hawk pilotado opcionalmente” volando en modo autónomo. gracias a MATRIX, eso sí, con pilotos de seguridad de Sikorsky a bordo.

Rain (y Sikorsky) han logrado probar que el Black Hawk autónomo es capaz de realizar detección temprana y respuesta rápida a incendios forestales. Las dos compañías han completado pruebas de vuelo que demuestran cómo un helicóptero que vuela con Sikorsky MATRIX y el sistema de autonomía de misión Wildfire,de Rain, podría lanzarse rápidamente en las fases iniciales de un incendio.

En 2023, en colaboración con Sikorsky, nos propusimos demostrar que podíamos recibir una alerta sobre un posible incendio forestal, enviar comandos para lanzar y volar un helicóptero autónomo capaz de mover una gran cantidad de agua a la ubicación de un incendio y luego ordenar al helicóptero lanzarla con precisión sobre el fuego. Estamos muy satisfechos con los resultados que demuestran con éxito la detección temprana autónoma y la respuesta rápida.

director ejecutivo de Rain, Maxwell Brodie

Según el vídeo de la nota de prensa, el helicóptero sería capaz de cargar agua en el heli-balde de forma autónoma y dirigirse al fuego para atacarlo. No obstante, en las descargas realizadas por humanos rara vez se observa un ataque directo, sino que lo realizan de forma lateral, indirectamente, para evitar sobrevolar las llamas y el humo, mientras que el helicóptero autónomo lo realiza volando directamente sobre él, lo que explica por qué habla de ataque en fases tempranas del fuego, o un estadío de desarrollo muy inicial, teniendo que «aprender» aún a realizar los ataques indirectos para preservar los motores y, por tanto, la seguridad de la máquina.

El sistema de autonomía de la misión Rain Wildfire incluye componentes de software para la gestión de misiones de incendios forestales, planificación de rutas, percepción de incendios, estrategia de extinción, orientación de supresores y subcomponentes para la integración con sistemas de autonomía de aeronaves, cámaras de espectro visual e infrarrojo, navegación inercial, GPS y otros sensores, y equipo de despliegue automatizado de supresores.

Fuentes: Rain.Aero [-1-] y [-2-]

Las exigencias operativas de los eVTOL acortan la vida útil de las baterías.

Sabemos que el primer avión eléctrico voló hace más de cincuenta años, y desde entonces cada vez que han vuelto han tenido el mismo problema: si bien los motores son fiables y ligeros, las baterías pesan demasiado y tienen una densidad energética baja.

Con el boom de los vehículos eléctircos terrestres (EV), parece que se ha revivido la fiebre de la aviación eléctrica, y se está intentando utilizar las mismas baterías de litio.

E igual que un motor de automoción puede no ser idóneo para un avión, porque el vehículo de tierra funciona normalmente al 30-40% de su potencia máxima, que sólo necesita en picos mientras que el motor de avión funciona al 75-85% de manera constante, puede que la solución de las baterías eléctricas de los EV no sean la mejor.

Aunque el rendimiento de las baterías de iones de litio en los EVs está bien estudiado, su rendimiento en la industria de la aviación es relativamente desconocido, y aún no está claro cómo estas baterías resistirán las duras condiciones a las que estarán sometidas durante las operaciones de taxi aéreo eVTOL.

Por ello, investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) en Tennessee llevaron a cabo un estudio sobre los efectos que el perfil de vuelo de una aeronave eVTOL tendrá en las baterías de EV después de ciclos repetidos, simulando operaciones típicas de taxi aéreo.

El equipo de investigación encontró que las demandas de potencia y rendimiento para el vuelo eVTOL reducen el rendimiento y la longevidad de la batería, lo que podría representar una amenaza para la seguridad. También podría aumentar el costo del mantenimiento de las aeronaves, ya que las baterías necesitarán ser reemplazadas con frecuencia. Una vez más, la demanda de potencia del motor, debido al perfil de utilización distinto en un tipo de vehículo y otro, puede suponer un problema.

Cuando los eVTOL despeguen verticalmente, las baterías están sujetas a una demanda de energía muy alta, y según el investigador Ilias Belharouk será el momento en el que la batería puede ser más peligrosa.

Belharouak y su equipo tienen como objetivo mitigar este problema avanzando en la tecnología de baterías de iones de litio y optimizando las celdas de batería para los vuelos eVTOL. Pero para encontrar las mejores soluciones, primero necesitaban definir a fondo el problema. Con este estudio, el equipo buscó determinar exactamente qué sucede con las baterías a nivel subcelular cuando se someten a las altas demandas de potencia de los vuelos eVTOL con ciclos repetidos. Los hallazgos ayudarán a informar su búsqueda de nuevos materiales, especialmente para los electrolitos de la celda, lo que podría llevar a un mejor rendimiento y resistencia.

Altas Demandas de Potencia

Como hemos comentado anteriormente, nada tienen que ver el perfil de uso de las baterías de litio en los eVTOL con el perfil de uso en los automóviles.

Las baterías eléctricas para taxis aéreos también soportarán cargas y descargas más frecuentes y rápidas que los vehículos terrestres. El perfil de uso del coche hace que la mayor parte de su vida operativa esté estacionado. Sin embargo, el perfil de uso de una aeronave comercial es el contrario: si la aeronave está parada está perdiendo dinero. De hecho, en los estudios de viabilidad de los eVTOL suelen citarse tasas de utilización mucho más altas que las de los helicópteros, debido a su supuesto menor mantenimiento. De sobra es conocido que los aviones de aerolínea paran lo mismo. Así que mientras que el perfil de uso de un automóvil es de viajes de entre 10 y 50 minutos con largos periodos de inactividad, se espera que el perfil del eVTOL sea de vuelos durante todo el día, con ciclos de vuelo de 10 minutos intercalados con recargas rápidas, normalmente de otros diez minutos. «Realmente necesitas cargarlos muy rápido y descargarlos muy rápido… lo que ejerce mucha presión sobre estas baterías», dijo Belharouak.

Belharouak y su equipo en ORNL realizaron pruebas simuladas de baterías eVTOL utilizando baterías representativas que construyeron en el lugar en la Instalación de Fabricación de Baterías del Departamento de Energía. Monitorizaron el rendimiento de la batería durante el ciclo y luego evaluaron los componentes de la batería posteriormente para verificar la corrosión y otros cambios químicos o estructurales utilizando un microscopio electrónico de barrido.

«Tu batería no es solo la vida útil de 1,000 ciclos. Es lo que sucede dentro de un ciclo lo que te dice si tu sistema funcionará o fallará», dijo Marm Dixit, el investigador principal del estudio. Y los riesgos son mayores, ¡no son vehículos que puedas parar en un arcen en caso de problemas, estan volando!

Para la simulación, los investigadores emplearon una alta tasa de descarga durante 45 segundos, lo que se espera que dure el despegue vertical más la transición a crucero, seguido de una descarga a baja velocidad para simular el vuelo de crucero.

Durante el ciclo de crucero, la batería recuperaba su condición normal. Pero la sucesiva repetición de este tipo de ciclos rápidos e intensos hacía que las baterías, electrolito y ánodo se degradaran, no así el cátodo.

La solución ¿está en el electrolito?

Así que estamos con el problema de siempre, pero ampliado. No sólo necesitamos una batería de mayor densidad energética, sino que además deben aguantar estos ciclos tan distintos a los de los automóviles.

Y mientras se dependa de las baterías de litio, hay que mejorarlas. Los investigadores están constantemente buscando maneras de hacer que las baterías funcionen mejor y duren más utilizando diferentes materiales para sus componentes, incluyendo ánodos, cátodos y electrolitos. Por ejemplo, el fabricante de baterías Amprius está utilizando ánodos de nanocables de silicio en las baterías que ofrece para aplicaciones de aviación eléctrica.

Belharouak y su equipo creen que la solución para hacer que las baterías de iones de litio sean más adecuadas para las operaciones de eVTOL radica en el electrolito, el medio entre el cátodo y el ánodo de una batería por el que los iones de litio viajan durante la carga y descarga.

Si bien el equipo de ORNL se está enfocando en soluciones de electrolito por ahora, el objetivo final del programa de investigación es eventualmente desarrollar una química de batería completamente nueva que podría reemplazar a las baterías de iones de litio para aeronaves eléctricas.

Ejemplos de nuevas químicas de baterías que podrían ser prometedoras para aplicaciones de aviación incluyen las baterías de estado sólido, que reemplazan el electrolito líquido o en gel con un material sólido, o las baterías de litio-azufre, ambas de las cuales pueden ofrecer las mayores densidades de energía necesarias para habilitar vuelos de mayor alcance.

Belharouak enfatizó que cualquier tipo de baterías destinadas a aplicaciones de eVTOL «deberán ser entendidas y comprendidas en función del conjunto de protocolos a los que van a ser sometidas, no solo en función de la densidad de energía y potencia».

Fuentes: AIN Online y Oak Ridge National Laboratory

Eviation rediseña su avión eléctrico Alice de cara a su fabricación en serie

Eviation Alice, cada vez más parecido al CBA-Vector

Eviation ha revelado un diseño radicalmente reformado para su avión de pasajeros totalmente eléctrico Alice basado en los comentarios de los clientes, y de estudios de industrialización.

El diseño es mucho más convencional que las imágenes presentadas anteriormente. El primer prototipo que voló ya abandonó la cola en V con un motor trasero y dos en punta de plano, a favor de una configuración típica que recuerda a la de los reactores de negocios, con motores en cola, y especialmente recuerda al FMA-CBA Vector, nada ere ver con el prototipo original, que ardió.

El diseño final, además abandona la forma elíptica del fuselaje, optando por uno de sección constante, lo que facilita su fabricación, además de abaratarla, o facilitar el desarrollo de versiones alargadas o acortadas, y mejora la habitabilidad de la cabina.

Prototipo del Alice, que realizó su primer vuelo en 2022

El ala ahora presenta grandes winglets, en lugar de las puntas inclinadas hacia arriba del prototipo, y los soportes que sostienen los motores eléctricos parecen estar más altos en el fuselaje que anteriormente.

Realizada junto a TLG Aerospace, la revisión de diseño conceptual se basó en los datos recopilados del vuelo de 8 minutos de Alice en septiembre de 2022, el único vuelo de la aeronave, y en pruebas de túnel de viento recientemente completadas. Además de los habituales estudios de industrialización y fabricabilidad y reuniones con los clientes.

Anteriormente, Eviation había declarado que volaría un prototipo de pre-producción en 2025 con el objetivo de obtener la certificación aproximadamente dos años más tarde. Afirma que tiene pedidos para el Alice por un valor superior a los $5 mil millones.

Nota de prensa de Eviation sobre su avión eléctrico Alice

Eviation ha completado la Revisión de Diseño Conceptual de la aeronave totalmente eléctrica Alice. La revisión es un hito significativo hacia la certificación y comercialización de Alice. El diseño de la Aeronave de Producción de Alice está optimizado para la certificación, la fabricación simplificada y para brindar una experiencia de pasajeros de clase mundial.

ARLINGTON, Washington, EE. UU., 25 de enero de 2024 – Eviation Aircraft, fabricante de aeronaves totalmente eléctricas, anunció hoy que ha completado la Revisión de Diseño Conceptual (CoDR) de la aeronave Alice. La revisión es un hito significativo, asegurando una configuración que es certificable y que permite una fabricación simplificada. Mantiene el aspecto distintivo de Alice, al tiempo que optimiza el rendimiento y mejora aún más su incomparable experiencia en cabina.

La CoDR, realizada con el apoyo de TLG Aerospace, se basó en los extensos datos recopilados del pionero vuelo de Alice en 2022, pruebas en túnel de viento recientemente completadas en el Túnel de Viento Kirsten en Seattle, retroalimentación de la junta asesora de clientes de Eviation y meses de trabajo de ingeniería.

Las características introducidas en el diseño de la Aeronave de Producción incluyen:

  • una sección transversal constante que reduce la cantidad de piezas de Alice y los costos de fabricación, al tiempo que permite futuras variantes de la aeronave
  • segmentos estructurales diseñados para ser reensamblados en campo con herramientas estándar disponibles para los servicios de Mantenimiento, Reparación y Revisión (MRO)
  • un compartimento de Sistema de Almacenamiento de Energía (ESS) más grande y centralizado sobre el ala que puede integrar una variedad de soluciones ESS ahora y en el futuro, además de agilizar la certificación
  • espacio de cabina optimizado que permite un compartimento de almacenamiento de equipaje de mano montado lateralmente único en la clase de pasajeros

Creando el Futuro del Vuelo
Con pedidos que superan los US$ 5 mil millones, la aeronave totalmente eléctrica Alice está abriendo una nueva era de viajes aéreos sostenibles. Las versiones de pasajeros y carga de 9 asientos de Alice están diseñadas para deleitar a los clientes y pasajeros con tecnología innovadora y un diseño hermoso, al tiempo que ofrecen viajes punto a punto sin emisiones de carbono, rentables y convenientes.

«Completar la Revisión de Diseño Conceptual es un paso importante en el camino de Alice, acercándonos significativamente a la certificación de la aeronave y la Entrada en Servicio», dijo Andre Stein, CEO de Eviation. «Las últimas mejoras han mejorado aún más el diseño excepcional de Alice, que ha recibido pedidos de operadores de todo el mundo interesados en descarbonizar sus flotas. Este es un año emocionante para Eviation, ya que Alice avanza enormemente hacia hacer realidad comercial la revolución de la aviación eléctrica».

La FAA otorga el certificado de aeronavegabilidad al demostrador a escala del BWB de Jet Zero

JetZero ha recibido el certificado de aeronavegabilidad de la FAA para el prototipo a escala 1:8, de 7 metros de envergadura, de su BWB (Blended Wing Body).

La compañía aeroespacial, con sede en California, acaba de anunciar que su demostrador Pathfinder puede comenzar los ensayos en vuelo en la Base de Edwards.

Las pruebas de vuelo de Pathfinder estaban originalmente programadas para comenzar a fines de 2023. Se espera que la fase inicial de prueba de vuelo dure alrededor de tres meses, y se utilice el pequeño demostrador para evaluar las características de vuelo de este tipo de diseño de aeronave. Las pruebas allanarán el camino para que sigan otros modelos más grandes.

JetZero está desarrollando actualmente un prototipo para la USAF con un contrato de 235 millones de dólares. El gran demostrador, que se construirá y probará en colaboración con Northrop Grumman, tendrá la capacidad de un Boeing 767 y la envergadura de un Airbus A330. Se espera que comience vuelos de prueba en el primer trimestre de 2027, demostrando las capacidades de la tecnología que podría conducir a una nueva clase de transportes militares.

Los Blended Wing Body o BWB aparecen cada cierto tiempo en este blog desde que lo abrimos. Siempre se habla de sus posibilidades como configuración del avión del futuro, frente a la configuración tubo-y-ala, por su baja resistencia aerodinámica, y por tanto bajo consumo, así como su alto volumen disponible de carga.

Según JetZero

y según muchos otros investigadores, la configuración de ala-y-tubo no ha evolucionado apenas desde los años 30, y va siendo hora de de un cambio.

Además de los citadas ventajas de reducción de consumo y por tanto incremento de la autonomía, cita que por su tamaño puede seguir utilizando las infraestructuras ya existentes.

También, la posición de los motores permite apantallar el ruido, haciendo que éste sea menor en tierra, reduciendo así su firma sónica.

Aunque una de las desventajas que se suelen atribuir a este tipo de aeronaves es el tiempo de evacuacion, y lo difícil que es escalar hacia arriba esta configuración sin incrementar más allá de lo permisible el ya citado tiempo de evacuación, Jet Zero indica que esta configuración permite un embarque y desembarque más rápidos.

Otros de los inconvenientes que se suelen citar para esta configuración es la no idoneidad para ser presurizada (para ésto es mejor un fuselaje cilíndrico), lo lejos que quedan las ventanas de los pasajeros en las zonas centrales, y las aceleraciones que sufren los pasajeros situados en las zonas más externas del fuselaje. Sin embargo JetZero defiende que esta configuración mejorará la experiencia del pasajero. Aunque, ya sean inconvenientes o ventajas, no son tan críticas para las variantes militares propuestas.

Comentarios

Este tipo de diseño han despertado siempre las mismas dudas: su escalabilidad, su presurización, falta de visión del exterior y las aceleraciones sufridas por los pasajeros que viajan cerca de las puntas de las alas.

En los aviones tipo tubo es relativamente sencillo hacer su evacuación rápida, al estar todos a la misma distancia de la pared, y por tanto de la salida.

Al crecer mucho este tipo de aeronave los pasajeros situados más al centro quedan lejos de cualquier puerta, lo que dificulta su evacuación en caso de emergencia. Eso mismo hace que los que están más al centro queden lejos de cualquier ventana.

El tema de las aceleraciones tiene que ver con los desplazamientos que se producen en el alabeo. En un tubo todos los pasajeros están cerca del eje central del avión, sobre el que rota en el alabeo. En un ala volante o en un BWB los más lejanos a esa línea experimentarían mayores desplazamientos y aceleraciones.

Sin embargo, al ser un avión de negocios su tamaño es relativamente contenido, el número de pasajeros mucho menor, y la disposición del espacio se puede arreglar de tal modo que los pasajeros queden en la zona más cómoda del avión y las zonas «accesorias» (oficina, bar, sala de reuniones) queden en las zonas más incómodas. De este modo se facilita la evacuación, y que los pasajeros vayan confortables durante las fases de más turbulencia.

En cuanto a la presurización, es sabido que es más sencillo presurizar una forma esférica o cilíndrica, apareciendo menos esfuerzos, por eso los tanques a presión tienen estas formas. Pero al ser un avión relativamente pequeño se puede obtener una zona elíptica central fácilmente presurizable.

Por todo esto pensamos que será mucho más fácil ver volar un avión de negocios con esta tipología que un avión de aerolínea