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Un sistema híbrido para «propulsar» la industria aeronáutica

Un proyecto financiado con fondos europeos ha desarrollado un sistema de propulsión eléctrica híbrida para aeronaves pequeñas que generará menos emisiones contaminantes y reducirá notablemente los costes de combustible.
Un sistema híbrido para «propulsar» la industria aeronáutica
En el seno del proyecto HYPSTAIR, iniciado en septiembre de 2013 y finalizado formalmente en febrero de 2016, se ha diseñado un sistema de propulsión híbrida en serie para aeronaves pequeñas que se vale de un motor eléctrico para impulsar la hélice. La energía eléctrica se puede extraer de una batería (recargable durante el vuelo) o bien de un generador instalado a bordo alimentado con combustible.

Los investigadores del proyecto han diseñado los componentes del sistema de propulsión híbrida desde la fase conceptual. El tamaño y el diseño de los componentes se han ajustado al rendimiento y a la eficiencia energética del sistema de propulsión-fuselaje completo, y el prototipo de motor ya acabado se probó recientemente por primera vez en Ajdovščina, Eslovenia.

El avión escogido para el primer vuelo de prueba fue suministrado por Pipistrel, empresa eslovena fabricante de aeronaves ligeras que ha coordinado el proyecto. Todos los componentes del tren de propulsión fueron creados por otro integrante del consorcio del proyecto, Siemens, líder mundial en equipos de propulsión eléctricos.

Nuevas especificaciones híbridas

En las pruebas iniciales se acopló al motor una hélice de cinco palas y de bajas revoluciones por minuto. En la primera prueba de funcionamiento se ensayó toda la gama de potencia, desde la más baja hasta la más alta. Además, todos los componentes se diseñaron teniendo presente toda la normativa vigente en materia de certificación y seguridad aeronáutica.

El motor de 200 kW del proyecto HYPSTAIR representa el grupo propulsor eléctrico híbrido de mayor potencia que se haya fabricado hasta la fecha en el sector aeronáutico. De hecho, genera una cantidad de potencia equivalente a la de los motores de aviación típicos. El motor directo de HYPSTAIR está diseñado para generar 200 kW durante el despegue y 150 kW a velocidad de crucero. Puede funcionar en modo totalmente eléctrico, empleando la batería, o solo con el generador, o bien en modo híbrido (aprovechando las dos opciones).

Las pruebas de HYPSTAIR son muy prometedoras, pero la tecnología actual de almacenaje de electricidad presenta limitaciones, motivo por el que el sistema de propulsión totalmente eléctrico no es adecuado para vuelos de largo recorrido. En consecuencia, el generador de a bordo brinda una opción de generación de energía eficiente desde el punto de vista del peso, pero no tan eficiente desde la perspectiva energética.

Con vistas a obtener un sistema de propulsión híbrida de gran capacidad, tanto el motor eléctrico como el generador se han diseñado con el objetivo de lograr densidades de potencia elevadas, para así reducir el peso del sistema de propulsión. De este modo se incrementa al máximo la carga útil del avión. También se puso especial cuidado en la eficiencia de los distintos componentes para aumentar en lo posible la eficiencia energética de la aeronave.

Una interfaz gráfica de usuario a la medida

El proyecto ha desarrollado también una interfaz gráfica de usuario (GUI) específica para propulsores híbridos, para lo cual se efectuaron numerosísimas pruebas y simulaciones. Se han cumplido las costumbres y la normativa en el sector aeronáutico en lo referente a la presentación de la información, pero también hay aspectos innovadores, pues se ha hecho uso de sistemas y normativas procedentes de otros sectores (el de la navegación y el de la automoción).

La nueva GUI se ha diseñado de un modo que resulta familiar para los pilotos profesionales, con una disposición similar a la de la instrumentación análoga. Esta clase de presentación y disposición puede resultar especialmente útil para los pilotos de aeronaves de las generaciones más antiguas (con menor integración de sistemas informáticos) o para quienes disponen de poca formación en sistemas digitales.

En el diseño de la interfaz humano-máquina han primado la sencillez y la automatización, a fin de reducir el volumen de tareas que debe atender el piloto. En el diseño también se ha priorizado que el piloto pueda recibir información importante como la relativa al estado del sistema híbrido mediante indicaciones visuales y hápticas. En definitiva, desde el proyecto confían en que su innovador sistema de interfaz sea adoptado como estándar en el sector de la aviación.

Próximos pasos

Concluido el proyecto, el objetivo es instalar los componentes desarrollados en un avión y probarlo en vuelo, con vistas, posteriormente, a comercializar una aeronave de propulsión híbrida.

Los componentes desarrollados deberán obtener las certificaciones necesarias conforme a las normas pertinentes y, previsiblemente, harán posible que otros fabricantes de fuselajes y componentes eléctricos se adentren en el sector de las aeronaves de propulsión híbrida y eléctrica.

Por tanto, el éxito de este proyecto contribuirá a inaugurar un sector completamente nuevo dentro de la aviación. La Unión Europea podría disfrutar de una clara ventaja comercial al definir los estándares e introducir —de forma pionera— los primeros diseños dirigidos de manera específica a este sector.

Fuente: Basado en información del proyecto

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