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noviembre, domingo 28, 2021

Los sistemas de propulsión híbridos-eléctricos una solución más creíble

Junto con Airbus, Rolls-Royce y Bauhaus Luftfahrt e.V., el DLR ha investigado el sistema global de un avión híbrido-eléctrico de corta distancia para hasta 100 pasajeros.

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Aviaciondigital Sp.- Recientemente nos hacíamos eco en nuestro medio de una interesante entrevista a Karim Mokaddem, Jefe de Electrificación de Airbus, donde describía las diferentes formas en que la energía híbrida-eléctrica puede beneficiar a los aviones y helicópteros, lo que se viene a denominar Micro-hibridación. Y en esto es en lo que esta trabajando el Centro Aeroespacial Alemán (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR.

Los esfuerzos de su investigación se centran, entre otras cosas, en nuevas configuraciones de aeronaves que puedan ser explotadas con éxito a nivel comercial con un nivel de emisiones significativamente más bajo y una menor contaminación acústica. Los sistemas de propulsión eléctricos o híbridos-eléctricos tienen potencial para las configuraciones de aeronaves que cumplan estos requisitos.

En el marco del proyecto conjunto SynergIE, financiado por el Ministerio Federal de Economía y Energía alemán (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie; BMWi), los investigadores del DLR en Hamburgo, Braunschweig y Göttingen, junto con sus socios Airbus, Rolls-Royce y Bauhaus Luftfahrt e.V., han estudiado el sistema completo de un avión eléctrico híbrido de corta distancia que puede transportar hasta 100 pasajeros con unidades de propulsión distribuidas en las alas. Con esta tecnología, el sistema de propulsión se distribuye a lo largo de toda la envergadura de las alas, lo que permite un flujo de aire más eficiente alrededor del avión.

Ventajas aerodinámicas gracias a los sistemas de propulsión eléctrica

«En los aviones regionales convencionales, las alas suelen estar sobredimensionadas para conseguir un buen rendimiento durante el despegue y el aterrizaje«, explica Martin Hepperle, del Instituto de Aerodinámica y Tecnología del Flujo del DLR. «Estos aviones tienen entonces un consumo de energía excesivamente alto durante el vuelo de crucero«. Simulaciones de flujo muy precisas muestran que los sistemas de propulsión eléctrica permiten distribuir el empuje en múltiples hélices más pequeñas. Cuando el flujo de aire de éstas pasa por encima del ala, proporciona una mayor sustentación y una aerodinámica más eficiente. Este efecto permitió a los socios del proyecto reducir el área y la masa del ala, así como la resistencia causada por las interacciones entre los flujos de aire de las hélices y los vórtices de la punta del ala.

Como diseño final para una aeronave con propulsión híbrida-eléctrica distribuida, los investigadores seleccionaron y evaluaron un concepto con turbogeneradores en el fuselaje y 10 motores eléctricos a lo largo del borde de ataque del ala como la mejor solución entre las distintas disposiciones posibles. El diseño y la instalación óptimos de las hélices permiten reducir la cuerda del ala y el tamaño del timón, con lo que se reduce el consumo de energía en aproximadamente un 10%. «La disposición especial de las hélices nos permite compensar las desventajas de peso del sistema de propulsión híbrido-eléctrico«, dice Hepperle. «También hemos podido diseñar el estabilizador vertical para que sea más pequeño y, por tanto, más ligero y con menos resistencia en nuestro concepto multimotor«, continúa. «Este concepto puede incluso compensar el fallo de dos motores eléctricos; por tanto, ofrece también una mayor fiabilidad operativa«.

Características de vuelo investigadas en el banco de pruebas

Durante el primer vuelo virtual en el Simulador de Vehículos Aéreos del DLR (AVES), los pilotos de pruebas del DLR evaluaron las características de vuelo del avión eléctrico híbrido de corta distancia. En particular, durante la aproximación al aterrizaje, se puso de manifiesto que la interacción aerodinámica entre las estelas de las hélices y las alas influye mucho en las características de vuelo del avión. Para compensar la menor eficacia del timón y el estabilizador vertical más pequeños, un equipo de investigación del Instituto de Sistemas de Vuelo desarrolló un controlador de vuelo que permite el control de la guiñada sobre el eje vertical- utilizando el timón combinado con el empuje diferencial.

En el proyecto SynergIE, los participantes desarrollaron y establecieron una «cadena de herramientas de simulación de software» universal para futuros diseños de aeronaves con sistemas de propulsión eléctrica híbrida distribuida en el DLR, con el fin de ampliar la capacidad de evaluación global de la investigación y la industria alemanas. El trabajo interdisciplinario incluye la aerodinámica integrada del ala y las hélices en estrecha interacción con cuestiones de mecánica de vuelo para el control, así como las condiciones de contorno de la estructura y la aeroelasticidad. En el futuro, deberán resolverse las cuestiones pendientes sobre la aeroacústica de las hélices distribuidas y sobre los sistemas de flaps óptimos para las aproximaciones de aterrizaje.

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