EcoPulse, un demostrador de aeronaves de propulsión híbrida distribuida, fue diseñado y desarrollado conjuntamente por Airbus, Daher y Safran. Los líderes de las tres empresas han compartido sus perspectivas sobre el programa, incluido el propio Jean-Baptiste Manchette, director de Propulsión del Mañana de Airbus.
Unas 50 personas asistieron para ver el evento en vivo, más de cinco años después de que EcoPulse se anunciara por primera vez en el Salón Aeronáutico de París Le Bourget de 2019. El demostrador EcoPulse fue un avión turbohélice Daher TBM 900 modificado que tenía como objetivo evaluar los beneficios potenciales de la propulsión híbrida-eléctrica distribuida, así como la posibilidad de integrar ciertos componentes tecnológicos relacionados en aeronaves futuras. Los sistemas de propulsión distribuida funcionan descomponiendo la generación de empuje entre múltiples motores pequeños ubicados a lo largo de las alas. Airbus, Daher y Safran creen que esta tecnología podría permitir mejorar el rendimiento de las aeronaves, en particular en lo que respecta al ruido de la cabina y al ahorro de energía.
Para evaluar esto, los tres socios dividieron el trabajo de desarrollo del demostrador según sus diferentes áreas de especialización: Safran se encargó del desarrollo del sistema de propulsión híbrido-eléctrico distribuido, incluidas las seis hélices eléctricas montadas en las alas, mientras que Airbus Defence and Space contribuyó con la batería de alta densidad energética de 800 voltios que se utilizó para alimentar el sistema de propulsión. Esta batería era capaz de suministrar 350 kilovatios de electricidad, lo que le permitía alimentar las seis hélices eléctricas en vuelo. Airbus desarrolló el sistema informático de control de vuelo y se encargó de la integración aerodinámica y acústica del sistema de propulsión distribuida. Daher, por su parte, integró las modificaciones de Airbus y Safran en la estructura del avión y se encargó de todas las pruebas de vuelo y aeronavegabilidad.
La campaña de pruebas de vuelo duró ocho meses, desde noviembre de 2023 hasta julio de 2024. Se realizaron 50 vuelos de prueba, lo que sumó alrededor de 100 horas de vuelo. Durante el vuelo se realizaron varios tipos de pruebas diferentes, para examinar los efectos del sistema de propulsión distribuida en la aerodinámica, la eficiencia, el ruido y más. Muchos de los resultados fueron positivos, así que volvamos al hangar de Tarbes para escuchar más sobre lo que hemos aprendido.
Un gran avance en baterías
“La batería es una de las partes clave de la hibridación, y la forma de dominar la forma de diseñarla, fabricarla y dejarla lista para el vuelo es realmente importante para nosotros”, explicó Jean-Baptiste a la audiencia.
La batería de iones de litio personalizada tuvo que ser diseñada íntegramente en casa por Airbus Defence and Space, ya que la tecnología no existe actualmente en el mercado. La tecnología de baterías estándar para aeronaves se centra en baterías de bajo voltaje y baja densidad energética que se utilizan principalmente para arrancar la unidad de potencia auxiliar (APU) o durante emergencias.
Las baterías más grandes, como las que se utilizan en la industria automotriz, son demasiado pesadas y voluminosas para su uso en aeronaves. Christophe Robin, director de diseño de aeronaves en Daher, resumió exactamente por qué la batería EcoPulse es tan importante mientras estaba en el escenario asegurando que “normalmente, en un avión ligero, utilizamos una batería de 28 voltios. En un avión comercial, utilizamos 115 voltios de CA como estándar. Lo que utilizamos en EcoPulse son 800 voltios [CC], y esa es una historia completamente diferente”.
Y la historia tiene un final feliz. Los modelos de control de baterías se validaron con éxito durante las pruebas de vuelo y el proyecto EcoPulse demostró que una batería de tal potencia se puede integrar de forma segura en un avión y hacerla volar sin comprometer ninguna norma de seguridad.
“Utilizar la energía eléctrica para comprender el comportamiento del ala y cómo podríamos mejorar la sustentación y reducir la distancia de despegue, utilizarla en ascenso y en crucero, ese fue el gran resultado”, explicó Jean-Baptiste. Los resultados de las pruebas en el túnel de viento realizadas en 2021 se confirmaron durante las pruebas de vuelo. EcoPulse demostró que la resistencia se reduce en crucero cuando el empuje se distribuye hacia el exterior, lo que significa que el empuje se aplica principalmente a las hélices eléctricas ubicadas más cerca de la punta del ala que del fuselaje. Esto condujo a ganancias en eficiencia energética.
Pruebas de control de vuelo
La trayectoria de un avión normalmente la controla el piloto mediante tres sistemas principales: los alerones (balanceo), el elevador (cabeceo) y el timón (guiñada). Ecopulse probó un nuevo e innovador sistema de control de vuelo, que utilizaba el empuje asimétrico generado por las hélices eléctricas para girar el avión a la derecha o a la izquierda (reemplazando el timón) y hacer que el avión se balanceara (en lugar de los alerones). Se alcanzaron las velocidades de balanceo previstas y la respuesta de la tripulación sobre la capacidad de control fue positiva.
Thibaud Brouze, uno de los pilotos de pruebas experimentales de Daher para EcoPulse, dijo al público que «fue realmente interesante volar con el sistema fly-by-wire y controlar la guiñada y el balanceo a través de la computadora de vuelo… Fue genial volar este avión poco común».
Se realizaron pruebas de ruido interno y externo en el EcoPulse. Debido a que las hélices eléctricas giraban a diferentes velocidades para mejorar la aerodinámica o controlar el vuelo, el ruido que generaban podría ser diferente al de las aeronaves con hélices actuales.
Las pruebas de ruido interno en la cabina confirmaron que las mismas tecnologías de cabina utilizadas para aeronaves con hélices clásicas también pueden reducir los niveles de decibelios en la cabina de aeronaves con motores eléctricos. Estas incluían amortiguadores acústicos, como absorbedores de vibraciones, y sincronización de fases, donde se controlan la velocidad y la sincronización de las palas de las hélices eléctricas.
Además, los datos obtenidos de las pruebas de ruido externo en vuelo permitieron a los equipos brindar recomendaciones para reducir la generación de sonidos irritantes de este sistema de propulsión único.
Se creó un gemelo digital de todo el avión para predecir el comportamiento de EcoPulse. Esto incluyó submodelos para las diferentes tecnologías clave, como el tren de potencia eléctrico, la batería y los controles de vuelo. También se incorporaron modelos de las palas de la hélice eléctrica a partir de pruebas en el túnel de viento realizadas en Filton. Los datos de vuelo de la campaña de pruebas se integraron en el gemelo digital, mejorando su precisión. Esto será vital para el diseño de cualquier avión futuro que incorpore estas tecnologías.
Futuro de los vuelos híbridos-eléctricos
Los resultados de EcoPulse tendrán un impacto real en el diseño de aeronaves futuras en Airbus. “Esta campaña EcoPulse nos permite avanzar en determinadas tecnologías híbridas-eléctricas, como las baterías de alto voltaje, e integrarlas en futuras aeronaves, helicópteros y soluciones de movilidad aérea”, afirmó Jean-Baptiste. “Con la propulsión eléctrica distribuida, logramos nuestro objetivo de modelar la física del vuelo y la gestión de la energía a nivel de aeronave, elementos clave para dar forma a la próxima generación de aeronaves”.
La colaboración entre los tres líderes aeroespaciales implicados en el proyecto aún no ha terminado del todo: Daher y Safran están trabajando juntos en un proyecto conjunto, mientras que Airbus y Safran (a través de la participación del 50% de esta última en CFM International) están trabajando juntos para explorar la viabilidad de los motores de ventilador abierto a través del demostrador RISE. Según Jean-Baptiste, el beneficio final de colaboraciones como estas es «probar cosas en vuelo, porque ahí es donde se aprende mucho». Christophe Robin coincide: «Las condiciones reales nunca mienten».
