Sikorsky ensaya un «tail sitter» como aeronave VTOL para DARPA

Una aeronave VTOL es aquella que despega y aterriza en vertical. Y hay muchas formas de lograrlo, bien con alas rotatorias, como los helicópteros, bien con rotores basculantes como los convertiplanos… Y, como todo diseño, cada cual tiene sus ventajas y desventajas.

Los tail-sitter son aquellas aeronaves VTOL que despegan desde una posición morro arriba, sentadas en su cola. Son, posiblemente de los diseños más antiguos que hay, por su simplicidad.

Ya sabemos que los helicópteros, siendo una excelente máquina VTOL, tiene como inconvenientes su elevado consumo y su limitada velocidad de crucero.

Los convertiplanos tienen como desventaja la complejidad de los mecanismos para bascular el rotor, los problemas estructurales que introduce la precesión giroscópica del mismo, y el coste que tienen, amén de la resistencia aerodinámica y los efectos que tiene el que el ala esté en perpendicular del flujo del aire de los rotores durante el vuelo «como helicóptero», salvo que el ala entera pivote, y no solo los rotores, lo que trae otro montón de problemas.

Los tail-sitter carecen de todos estos problemas. Son aeronaves «convencionales», con un par de rotores más grandes, lo suficiente como para dar un empuje igual al peso y levantar toda la aeronave y su carga de pago, pero no tiene ningún tipo de mecanismo adicional que haga pivotar los rotores. Es toda la aeronave la que rota sobre su eje de cabeceo hasta alcanzar la posiciòn horizontal de vuelo. De este modo puede conseguir mayores velocidades que los helicópteros, con mucho menor consumo, sin los problemas de los rotores basculantes que ya hemos mencionado.

Y si son tan buena solución de diseño, ¿cómo es que no tenemos los buques de nuestras armadas llenos de ellos? Porque hasta ahora se han probado tripulados. Y el mayor problema de estas aeronaves es su operación tripulada. ¿Os imagináis al piloto aterrizando con la mano en el respaldo del asiento del copiloto y mirando hacia atrás por encima del hombro? De hecho hay muchos proyectos históricos que fracasaron, entre otros motivos por este, como por ejemplo el Convair Pogo.

Pero ahora, que es la era de las aeronaves no tripuladas, puede ser su momento. Tan solo necesitan un sistema de control de ciclo cerrado y caracterizar adecuadamente las leyes que gobiernan su vuelo. Y eso es lo que va a hacer Sikorsky con esta aeronave para DARPA.

Os dejamos a continuación la nota de prensa.

Nota de Prensa:

Sikorsky, una compañía de Lockheed Martin (NYSE: LMT), está llevando a cabo pruebas de vuelo para perfeccionar las leyes de control y la aerodinámica de un novedoso sistema aéreo no tripulado de despegue y aterrizaje vertical (VTOL / UAS). Las pruebas de vuelo tienen como objetivo demostrar la eficiencia y escalabilidad de una configuración de doble rotor y ‘ala soplada por rotor’ que se coloca en posición vertical para despegar y aterrizar como un helicóptero, y transita fácilmente a un vuelo horizontal hacia adelante para misiones de larga duración, como inteligencia, vigilancia, reconocimiento y designación de objetivos.

Las pruebas de vuelo en curso respaldan la iniciativa Ancillary de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada en Defensa (DARPA), que busca desarrollar un UAS VTOL X-Plane de Clase 3 que pueda operar en la mayoría de las condiciones climáticas desde cubiertas de barcos y superficies no preparadas sin infraestructura. Sikorsky es uno de varios competidores seleccionados para avanzar sus diseños conceptuales de UAS a la siguiente fase de desarrollo.

El término ‘ala soplada por rotor’ se refiere al flujo constante de aire procedente de las hhélices y que fluye a través del ala. Sikorsky eligió el diseño para reducir la resistencia en el ala en modo de hover y al transicionar al vuelo hacia adelante, y para aumentar la eficiencia de crucero y la resistencia.

El diseño es solo una de las muchas formas en que Sikorsky está avanzando en tecnologías e innovaciones de Seguridad del Siglo XXI®, dijo Igor Cherepinsky, director del grupo de prototipos rápidos Sikorsky Innovations.

«Las pruebas de vuelo están en curso para verificar que nuestro UAS de ala soplada por rotor de posición vertical pueda despegar y aterrizar verticalmente con alta estabilidad, y volar eficientemente en ala», dijo Cherepinsky. «Los habilitadores clave para la maniobrabilidad de vuelo y la escalabilidad del vehículo en el futuro son nuestro sistema de control de vuelo de autonomía MATRIX, y un sistema de rotor articulado similar a los de los helicópteros tradicionales».

Para las pruebas de vuelo que se están llevando a cabo actualmente, Sikorsky está volando un vehículo de prueba alimentado por una batería. Si es seleccionado para producir un vehículo aéreo para una futura fase ANCILLARY, Sikorsky planea construir una versión híbrida-eléctrica de 300 libras que incluya una carga útil ISR de 60 libras.

Sikorsky Innovations se formó en 2010 para superar los desafíos tecnológicos de la velocidad, autonomía e inteligencia de las alas giratorias, Aprende más sobre los logros del equipo de ingeniería en velocidad e inteligencia, y su enfoque actual en la electrificación y UAS VTOL para apoyar las misiones de Seguridad del Siglo XXI®.

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,

Aurora da más detalles de su demostrador VTOL de ala y fuselaje integrados (BWB)

Los aviones con el diseño de ala integrada en el fuselaje o BWB (por Blended Wing Body) están pegando fuerte otra vez. Como este concepto de Aurora, subsidiaria de Boeing, para DARPA que presentamos en noviembre de 2023.

El diseño, aún sin nombre «X» asignado, es parte del esfuerzo que está realizando últimamente Estados Unidos en el desarrollo de aviones experimentales (o X-Planes). Éste, fomentado por el Pentágono, busca aunar la velocidad de crucero de los aviones de ala fija, lo bueno de los diseños BWB (baja resistencia aerodinámica y gran capacidad de carga interior) con lo mejor de los aviones de despegue y aterrizaje vertical (VTOL), como poder despegar de cualquier sitio o volar a punto fijo Por eso para DARPA es SPRINT (Speed and Runway Independent Technologies — Tecnologías Independientes de Velocidad y Pista).

La última representación de la nave no tripulada, publicada el 20 de mayo, muestra un diseño BWB, ya conocido anteriormente, con una gran cola en forma de V y dos tomas de aire montadas baja a cada lado del morro. Más tres compuertas en el ala-fuselaje que carenan las hélices entubadas de sustentación, que permiten las operaciones VTOL —El Pentágono define aeronave STOL como aquella que puede aterrizar y despegar en 450m salvando los obstáculos estándar definidos por la norma (15.2m en la cabecera en despegue y 12.2 en aterrizaje)—, o SSTOL (despegues y aterrizajes super cortos, que necesitan más espacio que los anteriores, pero consumen menos combustible). El tren de aterrizaje, convencional, también permite los despegues y aterrizajes rodados, como en una aeronave normal, muy útiles en caso de tener pista de sobra, para poder despegar con más carga a igual consumo de combustible, o consumir mucho menos, a igualdad de carga.

Sin ofrecer detalles específicos, Aurora dice que el diseño «aprovecha soluciones de motor existentes», lo que, según la empresa, acortará el plazo de desarrollo y reducirá el riesgo de ingeniería.

DARPA ha fijado un objetivo de velocidad de 400-450kt (740-830 km/h).

Los nuevos detalles de diseño llegan menos de dos semanas después de que el diseño de Aurora fuera elegido por DARPA como la primera propuesta en avanzar a la última etapa de la competencia SPRINT, llamada Fase 1B, equivalente a decir que se les ha autorizado a proseguir hasta la fase de PDR (Preliminary Design Review o revisión preliminar de diseño)

Aurora dice que espera completar esta fase en 12 meses y tener un prototipo funcional listo para volar en 36 meses.

Las ventajas y desventajas de estos aviones las hemos discutido en muchas ocasiones. Claro, que las desventajas son básicamente para los diseños civiles que transportan personas: que posiblemente no cumplan los tiempos mínimos de evacuación por la distancia a las puertas, mareos en los alabeos, falta de ventanas para los que van en el centro… mientras que las ventajas son las de siempre: un volumen interno grande, genial relación sustentación/resistencia, bajo consumo.

Pero en este caso, tratándose de la DARPA, y la configuración que muestra la el artista en su visión conceptual, parece que poco tiene que ver con un avión de aerolínea. Vemos tres grandes compuertas para los fanes de sustentación, que le permitirían las operaciones VTOL. Y una gran zona central, sin ventanas, entre las tomas de los motores y los timones verticales. Boeing ya había presentado alguna patente para aviones de carga BWB, Jet Zero ha recibido hace poco el certificado de aeronavegabilidad para su BWB que plantean como avión cisterna y transporte militar, y sabemos que USA está pensando en los futuros aviones de transporte militar. Aurora dice que busca demostrar una «capacidad de cambio de paradigma para la movilidad aérea» con su aeronave SPRINT.

Ninguno de los otros competidores del programa (Bell, Piasecki Aircraft y Northrop Grumman), ha sido aprobado aún para la Fase 1B.

Fuente: Nota de prensa de Aurora:

Shorts/English Electric P.17 + plataforma de despegue vertical para aviones de combate (Portaaviones aéreos 25)

La Plataforma de Despegue de Aviones de Combate era un concepto de plataforma que se elevaría verticalmente desde el suelo y permitiría que una aeronave despegara desde su parte trasera, permitiendo que los aviones operaran desde pequeñas pistas de aterrizaje o claros estrechos en el bosque. Una forma de convertir cualquier avión en una aeronave de despegue vertical, sin penalizar su alcance por el elevado consumo de combustible de este tipo de despegues (motivo por el que normalmente el Harrier nunca despega así).

English Electric desarrolló el avión a reacción P17A para cumplir con el propósito de ser un avión de ataque táctico y reconocimiento, y en lugar de incorporar un pesado sistema de despegue y aterrizaje vertical a la aeronave, colaboraron con Shorts, quienes crearon el P17D: una plataforma que se mantendría estable sobre el suelo y permitiría que el P17A despegara desde su superficie.

Con nada menos que 56 motores a reacción, el P17D le dotaba al P17A de la capacidad deseada de poder despegar desde espacios reducidos.

Por sí solo, el P17D también podría haber desempeñado el papel de un transporte de carga VTOL, capaz de entregar equipos y suministros en ubicaciones de difícil acceso. Sin embargo, en ese momento, el Ministerio del Aire no lo seleccionó para su consideración adicional debido a la complejidad de su operación y a la falta de presupuesto disponible.

Fuentes: lo descubrimos vía X-Planes, la historia viene de BAe Systems.

Sikorsky apunta a los rotores basculantes y a la electrificación

Los primeros intentos de helicóptero de alta velocidad de Sikorsky fueron el X2 o el Raider. Helicópteros compuestos, con dos rotores contrarrotatorios y una hélice impulsora. Por eso, hasta ahora hablar de aeronaves de rotores basculantes o convertiplanos era hablar de Bell, con su Osprey o su Valor, o de Leonardo, antes Augusta, y su modelo 609. Y ahora tenemos que añadir también a Sikorsky, que acaba de presentar su modelo de rotor basculante.

Las aeronaves conocidas como convertiplanos tratan de aunar en un solo desarollo lo mejor de los aviones y lo mejor de los helicópteros, permitiendo el vuelo a punto fijo, como en un helicóptero, y pero con la economía de combustible de crucero de un avión. Pero la velocidad de crucero queda limitada por las grandes palas de los rotores.

Cuando la punta de pala alcanza velocidad supersónica la hélice pierde eficiencia, y debido a la combinación de velocidad de rotación de la hélice/rotor más la de traslación de la aeronave, la velocidad de un avión de hélice está limitada. Y debido a que el radio del rotor es mucho mayor que el de una hélice, la velocidad lineal de la punta de pala es mucho mayor, y por tanto el límite de velocidad de vuelo del helicóptero, o del convertiplano, es mucho menor que el de un avión con hélice.

La propuesta de Sikorsky no se limita sólo a una aeronave con dos rotores, sino a toda una familia, con distintos grados de electrificación, con convertiplanos de mayor tamaño y con helicópteros.

La electrificación de las aeronaves permite utilizar motores de bajo mantenimiento y alta fiabilidad, como son los eléctricos. Elimina la necesidad de pesados reenvíos y reductoras. Pero además dota de flexibilidad al desarollador, facilitando el cambio de fuente de energía, bien un generador eléctrico conectado a una turbina de gas, bien una pila de combustible, una de hidrógeno, distintas configuraciones de baterías… Y de paso intentar consumir menos, y ser más verdes. Pero de momento, sólo tenemos unas imágenes creadas por ordenador.

Nota de prensa

ANAHEIM, California, 27 de febrero de 2024 – Sikorsky, una compañía de Lockheed Martin (NYSE: LMT), presentó hoy su plan para construir, probar y volar un demostrador de despegue y aterrizaje vertical híbrido-eléctrico (HEX / VTOL) con una configuración de ala basculante.

El diseño es el primero en una serie de grandes aeronaves VTOL de próxima generación, que van desde helicópteros más tradicionales hasta configuraciones VTOL con alas, que contarán con diferentes grados de electrificación y un sistema avanzado automatismos para vuelo opcionalmente pilotado.

“Nunca dejamos de innovar en Sikorsky”, dijo el presidente de Sikorsky, Paul Lemmo. “La autonomía y la electrificación traerán un cambio transformador a la seguridad de vuelo y la eficiencia operativa de grandes aeronaves VTOL. Nuestro programa demostrador HEX proporcionará ideas valiosas mientras buscamos una futura familia de aeronaves construidas a la escala y configuraciones preferidas relevantes para clientes comerciales y militares”.

El programa HEX pondrá énfasis en un alcance superior a las 500 millas náuticas a alta velocidad, menos sistemas mecánicos para reducir la complejidad y costos de mantenimiento más bajos.

Sikorsky Innovations, el grupo de prototipado de la compañía, y GE Aerospace están finalizando diseños para construir una plataforma de pruebas de sistemas de energía híbrido-eléctricos con un motor eléctrico de 600KW. La plataforma de pruebas es un primer paso para evaluar el rendimiento en vuelo estacionario del demostrador HEX siguiente, una aeronave de peso máximo al despegue de 9,000 libras con un turbogenerador de clase 1.2MW y electrónica de potencia asociada.

“Dentro del pilar eléctrico de Sikorsky, estamos diseñando motores eléctricos, electrónica de potencia y nuestro propio hardware de gestión de vehículos y actuación”, dijo Igor Cherepinsky, director de Sikorsky Innovations. “HEX integrará estos componentes, mostrará la creciente madurez de nuestro conjunto de autonomía MATRIX™ y el potencial de sistemas sin necesidad de mantenimiento. Ver los resultados nos llevará a diseños más eficientes en general”.

Sikorsky Innovations se formó en 2010 para superar los desafíos tecnológicos de la velocidad, autonomía e inteligencia de las alas rotatorias. Conozca más sobre los logros del equipo de ingeniería en estas áreas de enfoque tecnológico y su nuevo enfoque en la electrificación y la automatización.