Los técnicos de la Nasa están haciendo un progreso significativo en la preparación del primer avión X totalmente eléctrico, el X-57 Maxwell. A medida que completan las tareas para las pruebas funcionales en tierra en su Centro de Investigación de Vuelo Armstrong en Edwards, California, se está trabajando en las primeras pruebas de vuelo, montaje y calificación en dos componentes críticos del vehículo.
Estos componentes de X-57, que se están trabajando con el contratista principal de la Nasa para el proyecto, Empirical Systems Aerospace, o ESAero, de San Luis Obispo, California, incluyen los motores de crucero eléctricos, que impulsarán al X-57 en vuelo y el futuro ala de alta relación de aspecto que volará en el avión en la configuración final del X-57.
El X-57, modificado desde un avión Tecnam P2006T, se encuentra actualmente en la primera de tres configuraciones como un avión totalmente eléctrico, llamado Modificación II o Mod II. Si bien esta configuración presenta la sustitución de la combustión estándar del vehículo, motores Rotax 912S de 100 caballos de fuerza con motores de crucero eléctricos de 60 kilovatios, los vuelos de prueba del X-57 en esta fase se realizarán utilizando el ala estándar del vehículo.
La siguiente fase, Mod III, verá la sustitución por el ala de alta relación de aspecto, reduciendo en gran medida el área general del vehículo y reubicando los motores de crucero en las puntas de las alas, antes de que el avión vuele en su configuración final de Mod IV, que contará con la adición de 12 motores más pequeños de gran altura a lo largo del borde de ataque del ala para ser activados durante el despegue y el aterrizaje.
Mientras tanto, la constante a lo largo de estas configuraciones serán los motores de crucero eléctricos, que han comenzado las pruebas en ESAero para verificar que estén listos antes de que se instalen en el vehículo X-57.
“Las tres modificaciones del X-57 utilizarán los mismos motores de crucero. Hemos tomado esos motores de crucero y los estamos sometiendo a pruebas de funcionalidad, pruebas de aceptación y pruebas de calificación para garantizar su aeronavegabilidad para el vehículo X-57”, dijo Trevor Foster, vicepresidente de Operaciones de ESAero. «Como parte del proceso de aeronavegabilidad de la Nasa, estos son los pasos de verificación y validación para reducir riesgos y aumentar la seguridad y fiabilidad de los componentes del vehículo».
Estos pasos incluyen pruebas de resistencia y alta potencia de los motores de crucero y controladores de motor de crucero, con un enfoque en el monitoreo de la eficiencia general del sistema. Para hacer esto, los ingenieros usan un dinamómetro para medir corriente y voltaje, tomando datos a una velocidad de dos millones de veces por segundo. A partir de ahí, el rendimiento de estos componentes se puede registrar, analizar y aumentar según sea necesario para lograr la máxima eficiencia. El objetivo de esta prueba de alta potencia es garantizar que los motores de crucero y sus controladores puedan realizar, con la sobrecarga, cualquiera de los pasos de una misión de vuelo.
Mientras tanto, las pruebas de resistencia implican un espectro más amplio de actividades, según el líder de aceptación y calificación de motores de crucero de ESAero, Colin Wilson.
“Las pruebas de resistencia implican todo, desde hacer pequeñas comprobaciones y verificaciones de baja potencia, hasta asegurarnos de que el motor gire y se comunique y nos brinde la información que necesitamos, hasta ejecutar perfiles completos de la misión e incluso llevarla más allá de los perfiles de la misión, donde realmente estás empujando los límites de temperatura y potencia», dijo Wilson.
«Hasta ahora, los motores y controladores han funcionado extremadamente bien, y estamos en el proceso de lograr que funcionen aún mejor».
Si bien el X-57 siempre volará con un par de motores de crucero en cada configuración, se han construido cinco motores en total para el proyecto. Uno se desarmó y se usó para evaluar la construcción de la unidad como medida de seguridad, dos se usarán como motores de vuelo en el avión X-57, y los otros dos se usarán para pruebas de expansión de envolvente, y actuarán como repuestos para el vuelo motores
Las lecciones aprendidas de estas pruebas están ayudando a allanar el camino para futuros estándares de aeronavegabilidad de la Administración Federal de Aviación (FAA) para aviones eléctricos, dice Foster.
«Es fundamental para el éxito del proyecto que nosotros logremos los objetivos de eficiencia que estamos buscando, pero también, a medida que avanzamos por estos pasos, estamos comenzando a desarrollar cómo cualquier otra persona en la industria va a certificar o fabricar motores aptos para el vuelo«, dijo Foster. «Estamos dando esos primeros pasos».
Como esta prueba de motor de crucero alimenta directamente el esfuerzo para el X-57 Mod II, actualmente alojado en el Centro Armstrong, la preparación para los Mods III y IV está en marcha con el equipo preparando el futuro ala del vehículo para la integración. Se adquirió un fuselaje P2006T adicional, fuera de la misma línea de montaje que el fuselaje del X-57, y está actuando como un fuselaje de «herramientas», lo que permite a los ingenieros evaluar la mejor manera de integrar el ala de vanguardia, diseñada por Xperimental LLC, para X-57 para Mods III y IV, y resuelve cualquier problema con el archivo adjunto.
Entre las lecciones aprendidas de esta fase se encuentra una mejor comprensión de las modificaciones físicas que se deben realizar en el fuselaje para permitir que el ala se monte de la manera más eficiente y segura posible. El ala también está en desarrollo de instrumentación, con ingenieros trabajando para finalizar el posicionamiento del hardware dentro del ala, para acomodar el complejo sistema de propulsión eléctrica distribuida del X-57.
«Estamos trabajando para determinar el posicionamiento correcto para instrumentos específicos y cómo montarlos», dijo Phil Osterkamp, responsable de instrumentación de vehículos de ESAero. “Es un ala pequeña, y el desafío es colocar todos estos elementos dentro y tratar de entender cómo hacer que esto sea lo más liviano y pequeño posible. Es mucho diseño y enrutamiento «.
Esto se está haciendo como una reducción de riesgos para el X-57, que será el primer avión X de la Nasa en dos décadas en tener un piloto de prueba a bordo, pero también como un esfuerzo de reducción de horario. Con estas actividades en paralelo a Mod II, las transiciones de Mod II a Mods III y IV requerirán menos tiempo.
«El trabajo que se está haciendo ahora para X-57 es extremadamente importante», dijo el Gerente de Proyecto X-57 de la Nasa, Tom Rigney. “El equipo está probando los componentes eléctricos clave que pronto prepararán el escenario para que todas las partes se unan y para que comiencen las pruebas en tierra en el avión. Este paso crítico debe completarse con éxito antes de que el avión pueda tomar su primer vuelo. Aunque gestionar esto y el desarrollo del ala simultáneamente es un desafío, hacer ambos en paralelo está demostrando ser un gran ahorro de tiempo”.
A medida que las pruebas en estos componentes críticos continúan avanzando el X-57 hacia su primer vuelo histórico, un hito inminente en el esfuerzo de la Nasa para ayudar a establecer estándares de certificación para aviones eléctricos del futuro, la anticipación para ese día crece en todo el equipo.
«Al principio, estábamos tratando de ampliar el alcance de esta tecnología y creo que, ahora, compartiendo las lecciones aprendidas en el camino, estamos brindando más beneficios a la comunidad aeroespacial en esta etapa de lo que pensábamos. Es realmente emocionante ver lo lejos que hemos llegado y ver cómo las cosas comienzan a juntarse aquí en estas fases finales a medida que nos acercamos al primer vuelo para Mod II. Estoy increíblemente emocionado de ver esta cosa volar».
