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

Publicado el por Sandglass Patrol

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

Publicado el por Sandglass Patrol
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

Publicado el por Sandglass Patrol

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

Aerolane propone volver a los planeadores de carga con su Aerocart

Publicado el por Sandglass Patrol

Los aerotrastornados conocen, en general, al menos un par de planeadores de carga de la Segunda Guerra Mundial, como el Horsa o el Me-321. Durante la Segunda Guerra Mundial se utilizaron para transportar tropas, tanques, y material en general.

Los planeadores de carga permitían multiplicar de forma económica la flota de transporte de cualquier fuerza aérea, al ser por un lado mucho más sencillos de fabricar y al requerir menos tiempo de entrenamiento para su tripulación. Por otro lado, gracias a sus bajas velocidades de vuelo permitían aterrizar en zonas mucho más pequeñas y confinadas que con aeronaves de carga convencionales. E incluso hacer extracciones personales o de material de zonas confinadas donde un avión de transporte no podía operar, pero un planeador sí. ¡Si hasta se pensó en usar un C-47 sin motores como planeador!

Y ahora la empresa Aerolane quiere recuperarlo para transportar carga. En este caso con planeadores, Aerocart, totalmente autónomos.

La operación se llevaría a cabo por al menos dos aeronaves, un remolcador -que también llevaría carga- y un planeador autónomo, que se mantendría en formación en el punto óptimo sin intervención humana.

La empresa promete una reducción de costes de un 65%, frente a las operaciones habituales.

Llama la atención que toda la operación sea remolcada, pues cabría pensar en la posibilidad de liberar el planeador para su entrega en un aeródromo y que el remolcador siguiera hasta otro, aumentando así la flexibilidad de las entregas.

Ensayos realizados por Aerolane

Aun no tienen clientes, pero creen que podrían obtener la autorización de las respectivas autoridades para poder operar tan pronto como 2025.

Y, por supuesto, plantean que cada remolcador pueda arrastrar más de un planeador, tanto con clientes civiles como militares.

«Simplemente estamos rescatando algunos de los conceptos más probados en la historia de la aviación y modernizándolos con la tecnología actual. Es mucho menos radical de lo que cualquiera piensa».

Todd Graetz, uno de los tres cofundadores de Aerolane.
Posiblemente la vez que un remolcador arrastró más cantidad de veleros, ¡nueve!

Hace casi un año presentábamos un proyecto similar de Magpie, ahora parte de Ampaire, para transporte de pasajeros, con motoveleros tripulados y remolcadores autónomos que extenderían su autonomía.

Fuentes: Aerolane vía Bloomberg

Universal Hydrogen ensaya con éxito una pila de hidrógeno de 1MW

Publicado el por Sandglass Patrol

Aunque Estados Unidos y Boeing no hayan apostado tan fuerte por el hidrógeno como Europa y Airbus, hay empresas estadounidenses muy interesadas por esta tecnología.

Una de ellas es Universal Hydrogen, que está desarrollando una pila de hidrógeno líquido que podría propulsar los turbohélices monomotores que ahora usan motores de hasta 1340CV (=1MW).

Por eso su primer objetivo es un kit de conversión (o de retrofit) para aeronaves regionales existentes, comenzando como el ATR72 y el De Havilland Canada Dash.

Ese kit consiste en un motor eléctrico y una pila de hidrógeno que reemplaza a los motores turbohélices habituales. Y, por supuesto, unos depósitos de hidrógeno líquido que permitan alimentar esta pila. Los depósitos que propone Universal Hydrogen con su patente son modulares, e irían montados en la parte trasera del fuselaje, limitando por tanto su capacidad de carga.

La idea de estos depósitos modulares es facilitar la logística del hidrógeno, transportando en ellas el combustible desde las plantas de producción hasta la aeronave, en el aeropuerto.

Al proporcionar tanto una solución de conversión de aeronaves para la flota existente como una oferta de servicios de combustible directamente a las aerolíneas regionales, quieren entrar en servicio de pasajeros con cero emisiones para el 2025 y en servicio de carga poco después. Aunque, desde nuestro punto de vista, sería mucho más sencillo justo al contrario.

El siguiente objetivo son los aviones de pasillo único.

La mayoría de las emisiones de la aviación son producidas por la flota de pasillo único (también conocida como narrow body), dominada por las familias de aviones Boeing 737 y Airbus A320.

Tanto Boeing como Airbus están desarrollando sustitutos para estos venerables modelos para entrar en servicio a mediados de la década de 2030.

Posiblemente, la mejor forma en que la aviación puede cumplir con los objetivos de emisiones del Acuerdo de París es convertir la flota de pasillo único al hidrógeno.

Y por eso Universal, si logra que su producto funcione con su propuesta regional, quiere estar presente en este otro sector como suministrador de hidrógeno verde. E incluso realizando retrofits a sus aeronaves con sus tanques de hidrógeno modulares aunque, como vemos en las imágenes que están sobre estas líneas, esta solución de diseño ocuparía parte del fuselaje destinada a pasaje. Pero, como ya sabemos, uno de los problemas que tiene el hidrógeno es que aún no se ha encontrado la forma eficaz de almacenarlo

Y, claro está, no quieren cerrarse al mundo de los eVTOL ni de otros medios de transporte.

Nota de prensa

MOJAVE, California 27/02/2024 – (BUSINESS WIRE) – Universal Hydrogen Co. anunció hoy que ha logrado hacer funcionar con éxito un tren motriz de celda de combustible de clase megavatio utilizando su módulo de hidrógeno líquido patentado para suministrar el combustible. «Este es el tren motriz de celda de combustible más grande que haya funcionado con hidrógeno líquido», dijo Mark Cousin, presidente y director de tecnología de la compañía, «lo que lo convierte en otro de una serie de ‘primeros’ para Universal Hydrogen». El módulo de hidrógeno líquido alimentó la plataforma de prueba en tierra «iron bird» de la empresa durante más de 1 hora y 40 minutos, simulando un perfil de vuelo de aeronave regional. El iron bird es un análogo funcional del tren motriz que Universal Hydrogen ha estado probando en vuelo desde marzo de 2023. El módulo de hidrógeno líquido de la compañía contiene combustible para alimentar el iron bird durante más de tres horas a plena potencia, con dos de estos módulos suficientes para 500 millas náuticas de alcance utilizable (además de las reservas) para un avión regional ATR72. Esta demostración, llevada a cabo en el Mojave Air & Space Port, es la primera vez que el módulo y el tren motriz de la compañía se han integrado, marcando otro logro significativo en el camino hacia la entrada en servicio de pasajeros prevista para 2026.

Desarrollado en el centro de ingeniería y diseño de Universal Hydrogen en Toulouse, Francia, el módulo de hidrógeno líquido es el núcleo de la oferta de servicios de combustible de la compañía para la aviación. Internaliza toda la complejidad de gestionar hidrógeno criogénico, mientras presenta externamente una interfaz de contenedor simple compatible con el equipo existente de manipulación de carga intermodal de mercancías y aeropuertos. El módulo contiene ~200 kilogramos de hidrógeno líquido y es capaz de almacenarlo durante largos períodos sin evaporación. El módulo contiene sistemas para convertir el hidrógeno líquido criogénico en hidrógeno gaseoso cálido que es consumido por el tren motriz. También incorpora características como detección de fugas de hidrógeno y sistemas de ventilación para operaciones seguras, así como una conexión rápida a prueba de fugas para una instalación y extracción sencillas del módulo desde la aeronave.

«Esta demostración de extremo a extremo de una molécula de hidrógeno moviéndose desde nuestro llenador/dispensador hacia nuestro módulo de almacenamiento y luego hacia nuestro tren motriz es la primera vez que todas las piezas de nuestro portafolio de productos para la aviación regional se han unido», dijo Paul Eremenko, cofundador y director ejecutivo de Universal Hydrogen. «El siguiente paso es actualizar nuestra plataforma de pruebas de vuelo para volar el tren motriz alimentado por nuestros módulos».

La demostración de hoy se produce después de la demostración de Universal Hydrogen en las últimas semanas de otro caso de uso para su tecnología modular de abastecimiento de combustible, un cargador de hidrógeno para equipos de soporte en tierra del aeropuerto. La compañía también anunció recientemente la contratación de Stasy Pasterick como directora financiera.