Vuelo electrizante
Mediante el uso de formas eléctricos e híbridos de propulsión, aviones muy diferente a futuro puede llegar a tomar hasta el cielo
The Economist
CUANDO Didier Esteyne, un piloto de pruebas de Airbus, voló una pequeña de dos asientos eléctricamente aeronaves propulsadas llamado E-Fan a través del Canal Inglés en julio, el grupo aeroespacial europeo gigante ha querido señalar el viaje no era un truco. De hecho, Airbus es lo suficientemente grave sobre el vuelo eléctrico de querer poner el E-Fan en producción como un avión experimental de la formación. Saldrá a la venta a finales de 2017 para ser seguido por una versión de cuatro plazas.
Airbus no es el único que piensa en hacer mucho más grande de aviones eléctricos e híbridos para transportar pasajeros. Así como en los coches, la propulsión eléctrica ofrece una serie de ventajas sobre los motores de pistón y de jet. Modernos controlados digitalmente lotes, de suministro de motores eléctricos de par motor, una fuerza de rotación que es tan bueno en el torneado de hélices y paletas de ventilador, ya que es ruedas. La energía eléctrica también es tranquilo, limpio y muy fiable, con un menor número de piezas del motor que se desgasten o romper.
Baterías, es cierto, no proporcionan la gama a muchos les gustaría: las de iones de litio permiten que el E-Fan a volar durante aproximadamente una hora, con una reserva de 30 minutos. Eso puede estar bien para una lección de vuelo, pero no para un avión de pasajeros. Baterías, sin embargo, están mejorando constantemente y, porque los aviones tienen una larga vida útil (el Boeing 747 voló por primera vez en 1969), los ingenieros aeroespaciales trabajan en proyectos establecidos en el futuro.
Lo que realmente les entusiasma de la propulsión eléctrica es que proporciona la oportunidad de construir radicalmente diferentes aviones, como el concepto de Airbus E empuje ilustrado anteriormente. La idea es que en lugar de colgar motores a reacción grandes y pesados por debajo del ala, un mayor número de fans o hélices impulsadas eléctricamente pequeños y ligeros podría en cambio ser incorporada en otras áreas de la aeronave. Hacer esto con un montón de pequeños motores convencionales sería complicado y añadiría una gran cantidad de peso. Pero motores eléctricos hacen que el concepto, denominado propulsión eléctrica distribuida (DEP), factible. La ventaja de la distribución de energía es que puede ser utilizado para aumentar el flujo de aire sobre las alas y por lo tanto permitir que una aeronave para volar de forma más eficiente. "DEP permite un cambio fundamental en la forma en que el diseño de aeronaves", dice Mark Moore, un investigador principal en fuga eléctrica en el Centro de Investigación Langley de la NASA en Virginia.
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| NASA hace girar los apoyos |
La NASA está probando un ala DEP montada sobre un camión y conducido a alta velocidad a través de un lecho de un lago seco en la Base Aérea Edwards en California. El ala utiliza 18 pequeños propulsores eléctricos colgados a lo largo de su borde de ataque. El siguiente paso es un proyecto llamado Sceptor, que implica la sustitución de la banda en una luz de cuatro plazas convencional aviones, en este caso, un bimotor de fabricación italiana Tecnam P2006T-con un ala DEP contiene una docena de hélices modo de accionamiento eléctrico ( ver foto). Sceptor debe comenzar los vuelos de prueba en 2017.
Línea de pequeños propulsores de Sceptor aumentará la elevación de la aeronave a velocidades más bajas, lo que le permite despegar y aterrizar en pistas cortas. También significa que el ala podría hacerse más delgado, tal vez sólo un tercio de la anchura del ala en un avión convencional, ahorrando así peso y los costes de combustible. Normalmente, el ala de un avión ligero es relativamente grande para evitar que se cale (lo que ocurre a velocidades bajas, cuando el ala no puede proporcionar suficiente sustentación). Pero grandes alas no son muy eficientes cuando un avión está cruzando porque crean una gran cantidad de arrastre. Ala de Sceptor será optimizado para cruceros, y aún así ofrece suficiente elevación para ayudar a prevenir estancamiento en el despegue o el aterrizaje.
El ala también será capaz de otros trucos. La velocidad de cada hélice eléctrica se puede controlar de forma independiente, que proporciona la capacidad de cambiar el patrón de flujo de aire sobre el ala para hacer frente a las condiciones rápidamente cambiantes que vuelan, tales como ráfagas de viento. Cuando el crucero, las hélices más cerca del fuselaje podían ser doblados hacia atrás, dejando a los de las puntas de las alas para hacer el trabajo. Si los vuelos de prueba de sceptor son un éxito, la tecnología podría ser incorporado en los aviones de pasajeros pequeña dentro de una década, incluso con el actual progreso en el desarrollo de la batería. Estos aviones, dice el Sr. Moore, no tendría las emisiones durante el vuelo, extremadamente tranquilo y reducir los costos operativos en un 30%.
Concepto de Airbus E-empuje más lejos de la pista de aterrizaje. Un proyecto de colaboración con Rolls-Royce, un fabricante británico de motores a reacción, y otros grupos de investigación, la aeronave, o algo parecido, se prevé que entre en servicio en todo el año 2050. Para entonces, la Unión Europea espera que la industria de la aviación han reducido de combustible el consumo, las emisiones y el ruido de los aviones de pasajeros por lo menos 20 a 30%, en relación con los diseños de hoy el estado de la técnica.
El objetivo de la E-Thrust es cumplir con estos objetivos y ser capaz de llevar alrededor de 90 pasajeros en los vuelos de dos horas o más, y aún así tener un margen de seguridad generosa de sus baterías. Esto, sin embargo, requerirá un gran avance en la tecnología para almacenar electricidad-que bien podría suceder en los próximos decenios. El concepto también utiliza la propulsión distribuida, pero con un giro, ya que es híbrido.
Un motor a reacción tradicional se encuentra en la cola de la E-empuje. También cuenta con tres ventiladores con motor eléctrico en cada ala. En el despegue, el avión y los seis ventiladores eléctricos se utilizarán para proporcionar la máxima elevación. Cuando la aeronave alcanza su altitud de crucero, el jet puede ser estrangulado atrás, pero es suficiente tanto para alimentar a los fans y para recargar las baterías de gran alcance. Durante el descenso, tanto en el avión y los ventiladores se apagarán. Cuando el avión se desliza, el aire que se aproxima a su vez, los fans para que funcionen como turbinas de viento para recargar la batería un poco más. Los aficionados se utilizarán a la tierra, con el jet marcando más dispuestos a proporcionar un empuje adicional debe necesitar el avión para dar la vuelta otra vez.
Una de las ventajas del sistema híbrido es que proporciona un gran impulso a la relación de "by-pass" de un avión a reacción. Esta es una medida de la cantidad de aire que fluye alrededor del núcleo caliente de un motor a reacción en comparación con la que va a través de ella para proporcionar oxígeno en la cámara de combustión. Los motores a reacción de los aviones de pasajeros temprano tenían una baja relación de derivación, la producción de una gran parte de su empuje del jet de aire de rápido movimiento de la parte posterior de la base. Esto los hizo ruidoso y combustible hambre. Como la explosión sale del núcleo resulta una turbina, que a través de un eje gira un ventilador en la parte delantera del motor para extraer más aire. Al hacer que el ventilador más grande, ha sido posible mover un volumen mayor de aire más lento en movimiento (el bypass) alrededor del exterior del núcleo. Esto es más eficiente y mucho más tranquilo. También es la razón por motores de reacción durante años han conseguido más gordos.
Aviones modernos tienen una relación de derivación de hasta 12: 1 en comparación con cerca de 5: 1 o menos en la década de 1970. Pero lo que los aficionados aún más grande es ser difícil ya que ocupan cada vez más espacio bajo el ala. Y los motores más grandes necesitan alas más fuertes, lo que aumenta el peso de un avión. El híbrido creado en el E-Thrust consigue perfectamente en torno a estos problemas ya que sólo el motor a reacción en la cola tiene un núcleo que quema combustible. Esto significa que todo el aire que fluye a través de los seis ventiladores accionados eléctricamente contribuyen a su relación de "efectivo" de derivación de 20: 1 o más. Esto haría que el avión muy bajo consumo de combustible y muy tranquilo.
Operador suave
Otra eficiencia proviene de los motores distribuidos "ingerir" lo que se llama la capa límite de aire que fluye sobre el ala. Esta es una capa muy delgada de aire cerca de la superficie del ala. Se frenado por fricción como moléculas de aire toquen la superficie del ala. La capa límite pasando por encima de la superficie superior elevada de la forma del perfil aerodinámico de un ala (que proporciona un ala con su ascensor) puede llegar a ser turbulento, lo que ayuda a producir la estela que un avión de reacción deja atrás. Mediante la colocación de ventiladores eléctricos del Correo de empuje sobre el ala para interceptar el aire de la capa límite, los fans pueden acelerarlo, lo que reduce la resistencia de la estela.
Se necesitan avances técnicos en dos áreas para el E-empuje para volar. Además mejores baterías el otro es la superconductividad, un fenómeno que elimina la resistencia eléctrica cuando se enfrían ciertos materiales por debajo de una temperatura crítica. La reducción de la resistencia permite la construcción de sistemas de la luz eléctrica y el motor y lo suficientemente potente como para volar el avión. Esto se ha hecho en una pequeña escala, en equipos tales como los escáneres de hospital. Pero para un avión que requiere refrigeración intensa a un nivel más allá de lo disponible en el mercado. Un grupo de la Universidad de Cambridge está trabajando con Airbus en ese problema.
Consiga sobre esos obstáculos, y los aviones eléctricos reunirá impulso. Ellos comenzar pequeño pero más grande y transportar más pasajeros como las tecnologías mejoran. Algunas de esas tecnologías, Airbus espera, también ayudará a que los aviones jet tradicional más eficiente y más tranquilo, también.
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