Tupolev Tu 155: el avión a hidrógeno ruso de los años 80

Si los estadounidenses hacían volar su avión de hidrógeno en los 50, el Bee Project, los rusos lo hacían en los 80. Y como veis ya se planteaban soluciones de diseño de almacenaje de hidrógeno similares a las que se plantean hoy en día.

Tu 155

A mediados de la década de 1970, la estrategia energética dominante en la URSS suponía que la energía atómica sería la predominante, mientras que el petróleo y el gas deberían considerarse de menor importancia en vista de su escasez, pues se creía que se acabarían muy pronto.

Se inició Programa de Energía de Hidrógeno. Los especialistas de Tupolev participaron en el programa. Alexey Tupolev tomó una decisión valiente: construiría aviones a hidrógeno.

Y se diseñó un avión, el Tu-155, que fue construido y probado con éxito, sin incidentes. Fue precedido por un programa de ensayos en banco en tierra, destinado a probar el funcionamiento de nuevos sistemas (¡más de 30 en la aeronave!) y verificar que su operación era segura.

Finalmente, la estrategia energética mencionada anteriormente no fue la que triunfó. La energía atómica no dominó el panorama. Fue el gas natural. El contenido de gas natural

Es por eso que Tupolev apostó finalmente por no usar no solo hidrógeno líquido sino también gas natural licuado (GNL). Así se construyó la primera Aeronave Criogénica del mundo.

Las notables propiedades del hidrógeno líquido como combustible de aviación y su alta limpieza ecológica, atrajeron la atención de los especialistas en aviación hacia este tipo de combustible. El hidrógeno líquido permite mejorar significativamente el rendimiento de las aeronaves, para construir aeronaves incluso que operen a velocidades de M>6.

Sin embargo, el precio extremadamente alto del hidrógeno líquido ha hecho que su uso comercial sea imposible durante mucho tiempo.

El «Programa de desarrollo de la aviación civil rusa para el período de 2002 a 2010 y hasta 2015» concluía que, en un primer paso, habría que introducir el GNL como combustible. Posteriormente llegaría el hidrógeno..

El gas natural se suministraría a cada aeródromo a través de tuberías. Su alta capacidad energética haría posible construir aeronaves con un rendimiento significativamente alto en comparación con las aeronaves que utilizan queroseno.

La reducción de emisiones utilizando el GNL se reduciría de la siguiente manera: monóxido de carbono: 1 a 10 veces, hidrocarburos: 2,5 a 3 veces, óxidos de nitrógeno: 1,5 a 2 veces, hidrocarburos aromáticos policíclicos, incluido el benzapireno, 10 veces.

El TU-155 fue construido sobre un TU-154B de serie. Para utilizar combustible criogénico, se modificaron el fuselaje y algunos sistemas estándar. Se instalaron sistemas de carga, almacenamiento y alimentación de combustible criogénico que garantizaban la seguridad contra incendios/explosiones, y también el sistema de adquisición y registro de datos.

Por motivos de seguridad, el sistema de combustible criogénico experimental se colocó dentro de un compartimento especial aislado de los compartimentos del fuselaje adyacentes mediante áreas de amortiguamiento provistas de un sistema de ventilación.

El motor experimental NK-88 impulsado por GNL o hidrógeno estba ubicado en la góndola derecha.

El combustible criogénico se mantenía en un tanque de combustible de 17,5 m3 de capacidad instalado en la parte trasera de la cabina de pasajeros. Para cargar la aeronave con combustibles criogénicos, se hizo un sistema de carga especial que, por seguridad, se ubicó en un lugar aislado, en el que también se alojó aire acondicionado.

Se ensayaron en tierra todos los sistemas nuevos del Tu-155 en busca de los problemas que pudieran surgir en el aire o, mejor dicho, para que no surgieran problemas en el aire. El 15 de abril de 1988, la aeronave realizó su vuelo inaugural utilizando hidrógeno líquido. El 18 de enero de 1989, el TU-155 realizó su primer vuelo con gas natural licuado. Se cumplió un gran programa de pruebas de vuelo, se realizaron varias demostraciones de vuelo internacionales, incluidas las de Bratislava, Niza, Berlín y Hanover.

El motor empleado fue el NK-88, un derivado del turbofan Kuznetsov NK-8-2, con un empuje 20945 Ib (9500 kg), el mismo que el del motor original.

El tanque principal, de 3,1 m de diámetro y 5,4 m de largo, era de aleación de aluminio AMG6 (en designación americana es similar al 5182), y tenía un revestimiento aislante de 50 mm de espuma de poliuretano. El motor NK-88 tiene una bomba centrífuga de dos etapas dedicada impulsada por una turbina de aire sangrado del motor. El GNL llegaba a -152°C pasaba a través de un intercambiador de calor para convertirlo en gas. La cámara de combustión del motor podía aceptar este suministro de GNL, hidrógeno o queroseno, que normalmente se usa para los otros motores.

Esquema logística en tierra

El desarrollo del TU-155 no sólo sirvió para entender cómo había que diseñar un avión a hidrñogeno, sino que se aprendió qué nuevas especialidades en ingeniería serían necesarias dentro de una compañía fabricante de aviones, que infraestructura terrestre criogénica era necesaria, cómo sería la logística para suministrar el combustible al avión, las medidas a tomar para garantizar la seguridad contra incendios/explosiones de aeronaves criogénicas y los equipos de soporte en tierra…

Era capaz de transportar 14 t de carga útil para una distancia de 2600 km con GNL y una distancia de 3300 km con GNL y queroseno.

Las empresas que participaron en el programa fueron, además de Tupolev: Kuznetsov, UKBM, OKB Crysta, GUP AKB, KKB Armaturproekt, AO tekhpribor, EPO Signa, KPKB Kriogenmash, NPO Khimavtomatika, TsIAM ( Instituto central científico de investigación de motores de aviación) , TsAGI ( Instituto central de aerohidrodinámica), VIAM (Unión científica para la investigación de materiales de aviación), GIPKh (Instituto estatal de química), VNIIPO, GosNIIGA ( Instituto estatal de investigaciones científicas para la aviación civil) , J.I.N.R., KHFTINT, KBOM, Gazprom, MGPZ y otras.

Los resultados fueron tan prometedores que se iniciaron los desarrollos de otros cuatro aviones con este sistema criogénico que permitía volar con hidrógeno o gas natural licuado, los Tupolev Tu 204K, 330K, elregional Tu-136 y el Tu 334.

Tu-204K
Tu-330K
Tu-334K
Tu-136
Tu-136

Fuentes

El Super Caravelle nuclear supersónico

Imgen moderna de cómo sería la instalación del motor nuclear

Hubo una época en la que la energía nuclear fascinó al mundo, y se creyó que podría ser la energía barata y limpia que salvara al planeta… (bueno, eso ahora sí es factible). Por eso se intentó «nuclearizar» todo, desde barcos (con mucho éxito) a coches. También se intentó con los aviones nucleares, tanto por parte estadounidense [pdf] como por parte soviética [pdf].

Lo que tal vez no sea tan conocido es que también los franceses lo tuvieron en mente, ni más ni menos que para motorizar su posible avión de pasajeros supersónico Super Caravelle.

No confundir el reactor supersónico llamado Super Caravelle con la versión agrandada del Caravelle que heredaría este nombre cuando el proyecto del Super Caravelle supersónico quedó fusionado con el proyecto británico para dar como resultado el Concorde.

Los más fieles seguidores del blog seguro que recuerdan el Super Caravelle de cuando explicamos la historia de los padres del Concorde, así que no nos entretendremos mucho presentándolo e iremos directos a por su desarrollo nuclear.

Super Caravelle con motores convencionales

El proyecto se dio a conocer en un folleto de Sud Aviation de 1958. Junto con los dibujos del Super Caravelle con motor convencional, había otros proponiendo la motorización nuclear.

El motor nuclear iría instalado en la parte trasera, obsérvense las diferencias con la imagen superior
Detalle del tren de aterrizaje reforzado

En la imagen superior se puede observar la disposición del reactor nuclear, así como las posiciones de las turbinas. También se aprecia en la imagen frontal que el número de las ruedas se ha doblado, con carretones de cuatro para el tren principal y carretón de dos para el de morro. Esto se debe a que se preveía reforzar el tren de aterrizaje, puesto que en un avión con combustible convencional el peso al aterrizar es mucho inferior al peso al despegar (por eso cuando hay un problema eyectan o gastan el combustible antes de aterrizar), mientras que en el avión nuclear el peso al despegue y al aterrizaje sería el mismo.

Cabina

El folleto también incluía una vista de la disposición de la cabina, aunque sin muchas explicaciones de qué instrumentos nuevos debería incorporar o qué cambios había que introducir respecto a una cabina de pilotaje tradicional.

Turbinas

Se contemplaron, como en el caso estadounidense y el soviético, motores de flujo abierto y de flujo cerrado. En el primero, el aire calentado por el reactor es expulsado a la atmósfera a alta velocidad. Aunque de funcionamiento más sencillo y estructura más ligera, se consideró poco adecuado puesto que liberaba material radioactivo a la atmósfera y exigía un blindaje extra para los ocupantes del avión. El otro sistema, el de flujo cerrado, utiliza un intercambiador de calor intermedio, haciendo que el material radiactivo nunca salga del circuito. Aunque es un concepto más pesado, evitaba el lanzamiento de material radioactivo a la atmósfera y además hacía que el avión necesitara menos blindaje antiradiactivo.

Fuentes: Avia Déjà vu

[Vídeo] Airbus y CFM ensayarán un motor de rotor abierto en el A380

Imgaen vía Airbus

La colaboración entre Airbus, General Electric y Safran (estos dos últimos forman el consorcio CFM) no se detiene en el motor Passport modificado para ser alimentado con hidrógeno para volar a lomos de un A-380, sino que además han firmado ensayar el motor de rotor abierto (también conocido como open-rotor, y antiguamente como unducted-fan y antes aún como prop-fan) instalado como motor interior izquierdo de un A-380.

El acuerdo se ha dado a conocer hoy en la feria de Farnborough.

Imgaen vía Airbus

La tecnología del rotor abierto no es nueva. Nació y se ensayó durante la anterior crisis petrolífera, conocida como Crisis de la OPEP. ¿Su ventaja? Consumir mucho menos que los turborreactores y motores de bajo índice de derivación empleados entonces. ¿La desventaja? El ruido. Y aunque hoy día se utilizan motores con alto índice de derivación y la mejora en consumo respecto a los mismos no es tanta, en una coyuntura económica donde el combustible va a escasear y va a subir de precio, cualquier ahorro es bienvenido. ¡Ah! y, además, es verde y compatible con otras tecnologías como la híbrida eléctrica o el hidrógeno.

¿Qué es un rotor abierto? Básicamente un turbofan con un ventilador tan grande que se hace poco práctico carenarlo con un fan-cowl. O un cruce entre turbo-fan y turbohélice.

¿Y el problema con el ruido que hizo que no triundaran en los 70 y 80? He aquí la verdadera maravilla e innovación de estos motores. Las nuevas tecnologías han logrado desarrollos más silenciosos.

¿Cuánto tardaremos en ver al político de turno quejándose de que los aviones a hélice son cosa del pasado y tercermundistas? Amigos míos, si logran que vean que son más verdes, con suerte, no los veremos.

El avión se instrumentará para ensayos en vuelo, y se rediseñará el pilón que soporta el motor, así como localmente la estructura del ala a la que va unido.

La evolución del motor ha ido cambiando, desde el unducted-fan de GE, en el que cada rotor era movido por una turbina distinta, al CROR desarrollado bajo el programa marco Clean Sky, en el que los rotores eran contra-rotativos, al actual concepto, similar al de un turbo-fan, con un rotor y un estator cuyas palas pueden variar su paso en vuelo.

Además, General Electric realizará pruebas en tierra sobre un 747.

Se espera que el motor consuma un 20% menos que un motor actual, y que tenga un empuje de 20 a 35 mil libras, como un turbofan LEAP 1, como los montados por algunos A-320.

Fuentes: Airbus y Aviation Week

El (n+1)-ésimo retorno de los dirigibles: comunicaciones, transporte y viajes de lujo

Cuando publicamos la noticia del interés de Air Nostrum por los dirigibles o de la empresa de dirigibles del co-fundador de Google no esperábamos tal aluvión de noticias relacionadas.

Y es que los dirigibles vuelven a estar de moda, como hace unos diez años, cuando nos prometían cruceros en Zeppelin o aeronaves tipo pseudo satélite para inteligencia militar, incluso en China anunciaban dirigibles militares.

SCEYE

SCEYE apuesta por ellos como HAPS, esto es, pseudo satélites de gran altitud (High Altitude Pseudo Satellites). Su objetivo es hacerlo con energías renovables. Y parece que podría estar interesada en operar desde el aeropuerto de Teruel. En este caso sería un dirigible puro, no como el híbrido que anunciaba Air Nostrum, lo que puede dificultar su manejo en tierra. Claro, que la idea es que actúe como pseudo satélite de comunicaciones y que apenas tenga que volver a tierra.

H2Clipper

H2 Clipper apuesta por el dirigible como medio de transporte. Supuestamente será de propulsión híbrida hidrógeno-eléctrica. Quieren tener su primer prototipo a escala para 2025 y un segundo prototipo a tamaño real para 2028. Fechas que nos parecen algo ambiciosas. Hay otros números que también asustan: pretenden poder transportar 150 toneladas métricas a 9650km de distancia, y competir con trenes y barcos.

Ocean Sky Cruises quiere devolvernos al lujo de los cruceros aéreos en zeppelin, puro sabor añejo años treinta. Pero de forma sostenible. Como Air Nostrum, apuesta por el HAV Airlander, dirigible híbrido (ya sabéis, no toda la sustentación viene del helio, parte viene del fuselaje sustentador). Quieren hacer dos rutas, una de ellas hasta el polo, la otra sobre el Trópico de Capricornio, por menos de 300000$ en su dirigible equipado como hotel de lujo.

Así pues, estamos ante el enésimo regreso de los dirigibles como la aviación del futuro. Y es que ya se sabe, en la aviación, como en la moda, todo vuelve de vez en cuando. Y, como dijimos en la presentación de Aviones Bizarros, en ocasiones las ideas vuelven una y otra vez y nunca se terminan de materializar simplemente porque son imposibles (=no son rentables o tecnológicamente son inviables). En otras ocasiones las ideas vuelven una y otra vez porque con la tecnología del momento no son factibles, y reaparecen de tarde en tarde hasta que la tecnología avanza y alcanza las ideas, y entonces se quedan entre nosotros (como los drones). ¿En cuál de los dos casos estaremos esta vez con los dirigibles?

Primer vuelo del Elektra Trainer, avión ultraligero eléctrico

Elektra Trainer en su primer vuelo

El equipo de Elektra lleva más de diez años de experiencia acumulada en aviones eléctricos. La primera vez que aparecieron en nuestras páginas fue en 2010, y hacía mucho que les teníamos perdida la pista. Nos ha alegrado volver a leer de ellos, aunque parece que han rebajado su nivel de expectativas y han eliminado el requerimiento de avión solar para este entrenador.

La aeronave es muy aerodinámica, con un ala de gran alargamiento, lo que reduce la resistencia inducida, y con un tren retractil biciclo, con pequeñas ruedas auxiliares en punta de plano, al estilo de los veleros. Esta configuración de tren le permite reducir la resistencia y ahorrar peso.

Además Elektra trabajaba en hangares con techos solares para recargar sus aeronaves mientras están en el hangar, y en sistemas de diagnóstico avanzado, para mejorar el mantenimiento predictivo de las aeronaves.

Elektra One, el prototipo monoplaza, durante su primer vuelo en 2011

El Elektra Trainer hereda claramente sus líneas de su predecesor monoplaza, el Elektra ONE.

El Elektra Trainer, como su antecesor Elektra ONE tiene un tren biciclo retractil con ruedas auxiliares de punta de plano, típico de los veleros

Según su nota de prensa:

El 29 de junio de 2022, un avión ultraligero -según la normativa alemana- eléctrico biplaza Elektra Trainer de Elektra Solar GmbH (una empresa derivada del Instituto DLR de Robótica y Mecatrónica) despegó para su vuelo inaugural en el Aeropuerto Internacional de Memmingen.

El avión despegó entre jets de negocios y aviones comerciales en menos de 100 m en silencio y sin emisiones. Después de unos 20 minutos de vuelo, el piloto de pruebas Uwe Normann aterrizó, confirmando las extraordinarias características de la aeronave, que incluso superó las expectativas de los desarrolladores, llegando a velocidades ascensionales de más de 1500fpm (8 m/s), volando en vuelo de crucero bajo con solo unos 10 kW (13.4CV) de potencia, sin vibraciones en la cabina y con una estabilidad perfecta. Al aterrizaje la batería tenía un remanente de un 80% de carga.

Elektra Trainer fue diseñado como un avión ideal para escuelas y clubes de vuelo. Los costes operativos son inferiores a 60 EUR/hora, que -según la nota de prensa- es aproximadamente la mitad del coste de un avión ultraligero clásico. Esta diferencia de precio aumentará de un año a otro debido al rápido aumento de los costos del combustible.

Con esta aeronave, Elektra Solar GmbH pone en funcionamiento una infraestructura en la nube para el diagnóstico automático del sistema y el mantenimiento preventivo (Digital Aircraft Platform). Los datos de estado del sistema del vuelo se cargan en una nube y se analizan automáticamente con la ayuda de algoritmos de IA. Los errores y desviaciones del estado normal se comunican al propietario y/o a una empresa de mantenimiento. Gracias a esta tecnología, se incrementará la seguridad de funcionamiento y se reducirá aún más el esfuerzo de mantenimiento.

Después de este vuelo inaugural, comenzarán las pruebas de vuelo de certificación, con el objetivo de completar la certificación UL alemana para fines de este año.

  • Autonomía: 2,5 horas
  • Alcance: 300 km
  • Cabina lado a lado de 1,25 m de ancho
  • La burbuja de plexiglás es cómoda para pilotos de 2 m de altura
  • Tiempo de montaje desde el remolque de transporte hasta que esté listo para volar: unos 30 minutos
  • Estación de carga portátil de 12 kW
  • Hélice de paso variable
  • Tren de aterrizaje retráctil eléctrico
  • Plataforma digital de aeronaves para diagnóstico automático de sistemas y mantenimiento preventivo
  • Tasa de planeo superior a 25:1
Velocidades
Crucero 120 km/h
Pérdida con Flaps 82 km/h
Pérdida sin flaps 91 km/h
Máxima velocidad operacional 180 km/h
VNE 205 km/h
Velocidad ascensional 3 m/s (590fpm)
Distancias de despegue y aterrizaje
Despegue 200 m
Aterrizaje 200 m
Alcance y Autonomía
Autonomía máxima 2.5 hours
Alcance máximo 300 km
Motorización
motor eléctrico HPD-50D
Potencia máxima 50 kW | 67CV
Potencia máxima continua 40 kW | 54CV
Potencia de velocidad de crucero 12 kW | 16CV
Máxima capacidad de la batería 35 kWh
Pesos
MTOW 600 kg | 1322,77 lb
Peso en vacío pero con la máxima cantidad de baterías 400 kg | 881,85 lb
Dimensiones
Envergadura 14.5 m
Alargamiento 19
Diámetro de la hélice de paso variable 1.75 m
Ancho de la cabina 1,20 m
Otros
Mejor planeo 28:1
Nivel de ruido <50 dB
Certificación LTF-UL-2020 (normativa ULM alemana)

Elektra Solar