Los principales fabricantes están desarrollando motorizaciones eléctricas híbridas para aviones regionales turbohélice y turbofan. Hoy, Pratt & Whitney/Pratt & Whitney Canada, General Electric (ahora GE Aerospace), Safran y Rolls-Royce, están desarrollando propulsión eléctrica híbrida para aviones comerciales y otras aeronaves (UAM, AAM, etcétera).
Lo que hace que la historia de la propulsión híbrida-eléctrica sea atractiva es que proporcionaría beneficios a corto y largo plazo. “Siento que este es un gran momento bajo el sol para un ingeniero”, dijo Christine Andrews, líder de sistemas eléctricos híbridos de GE Aerospace. Andrews se unió a GE en Cincinnati, Ohio, luego de trabajar en Gulfstream Aerospace como ingeniera de certificación estructural. “Con la atención del público en la sustentabilidad, me siento personalmente atraída por la tecnología híbrida eléctrica. Una vez que la probemos en vuelo, no creo que la aviación regrese a lo que fue alguna vez”.
Anthony Rossi, vicepresidente de marketing y ventas de Pratt & Whitney Canadá, dijo: “Creemos que la capacidad híbrida es el camino más rápido para acercarse a un escenario de cero emisiones. Por eso estamos explorando este tipo de tecnologías”.
Por su parte, Grazia Vittadini, directora de tecnología y estrategia de Rolls-Royce, tuvo una visión amplia de los esfuerzos continuos de propulsión limpia. “Queremos estar preparados para ser pioneros en la sostenibilidad con lo que requiera el futuro, ya sea hidrógeno, energía eléctrica, combustible de aviación sostenible o eficiencia de turbinas de gas”, dijo Vittadini.
Pratt y Whitney
En julio, Pratt & Whitney Canada, una unidad comercial de Pratt & Whitney y división de Raytheon Technologies Corp., anunció planes para avanzar en su proyecto de demostración de vuelo y tecnología de propulsión eléctrica híbrida como parte de un programa de U$D125 millones, apoyado por el gobierno federal de Canadá y el gobierno provincial de Quebec. La tecnología escalable Turboelectric Powertrain (STEP-Tech) es un elemento principal del compromiso continuo de P&W de producir sistemas de propulsión sostenibles y limpios.
STEP-Tech incluirá capacidades completas del sistema tales como un turbogenerador eficiente, almacenamiento de energía, electrónica de potencia y propulsores eléctricos modulares. Admitirá conceptos de propulsión híbrido-eléctricos turboeléctricos de alto voltaje en la clase de 100-500 kW y hasta 1 MW, y apoyará el desarrollo de sistemas de propulsión para vehículos eVTOL y eCTOL (electric conventional take off and landing).
GE Aeroespacial
GE, trabajó en varios desarrollos relacionados con la energía híbrida eléctrica.
En 2019, GE comenzó a probar su sistema de propulsión eléctrico híbrido multikilovoltio de clase megavatio en las instalaciones de prueba Neil A. Armstrong, de la NASA, en Sandusky, Ohio. La instalación alberga el banco de pruebas de aeronaves eléctricas de la NASA (NEAT), que permite a los desarrolladores probar sus nuevos sistemas de propulsión.
El motor híbrido-eléctrico de GE y sus componentes relacionados se probaron en ese banco de pruebas (NEAT) en octubre de 2021. Estas pruebas fueron parte de un programa de varios años bajo el llamado “Acuerdo de la Ley Espacial entre la NASA y GE” que utilizó la capacidad del Centro de Investigación Glenn, para probar sistemas de propulsión a gran escala en altitudes elevadas simuladas.
Los socios de GE, Boeing y su subsidiaria, Aurora Flight Sciences, modificarán un avión de prueba, un Saab 340B de 30-36 asientos, para que funcione con motores turbohélice CT7-9B de GE. El avión se utilizará para probar la tecnología híbrida eléctrica, que incluye motores, generadores y convertidores de potencia. La NASA está financiando a GE con U$D 179 millones durante el proyecto EPDF de cinco años.
Boeing y Aurora Flight Sciences fueron seleccionados a principios de febrero de 2022 para proporcionar a GE integración de sistemas, pruebas de vuelo y modificación de aviones. Esto incluye software y diseño de configuración de cabina de vuelo, fabricación de góndolas, análisis de rendimiento de aeronaves y servicios de integración de sistemas.
BAE Systems proporcionará la batería y el cableado para almacenar electricidad y accionar el motor y el generador fabricados por GE. Además, BAE proporcionará controles y cables para que el sistema de administración de energía del demostrador se pruebe en los motores CT7-9B.
En el Salón Aeronáutico de Farnborough, GE anunció la finalización de la primera prueba del mundo de un sistema de propulsión eléctrico híbrido de megavatios y multikilovoltios en condiciones de altitud simulada de 13.700 m.
El Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU., parte del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate (DEVCOM) de esa rama, otorgó a GE un contrato de investigación y desarrollo de $ 5.1 millones en marzo pasado para el Proyecto de Electrificación Sistemática de Turboeje Colaborativo de Investigación Aplicada (ARC-STEP). Este proyecto, con aplicación a helicópteros y aviones eVTOL, aumenta los esfuerzos de GE para desarrollar tecnologías de motores eléctricos híbridos para aplicaciones militares. Las pruebas se llevarán a cabo en el campus de investigación de GE en Niskayuna, Nueva York.
Bajo el contrato ARC-STEP del ejército de EE. UU., GE está desarrollando un motor de helicóptero CT7 (T700) para propulsión híbrida eléctrica. (GE aeroespacial). ARC-STEP utilizará un motor de turboeje CT7 (la versión comercial del T700), combinado con máquinas eléctricas y electrónica de potencia proporcionadas por GE.
El contrato ARC-STEP se concretó poco después de que la NASA seleccionara a GE para el proyecto EPFD. La compañía señaló que había estado estudiando los sistemas de propulsión híbrido-eléctricos desde 2009 y abrió su Centro de Sistemas Integrados de Energía Eléctrica (EPISCenter) en Dayton, Ohio, en 2013. En 2016, GE presentó una máquina eléctrica que consta de un motor de clase 1-MW/ generador que alimenta eléctricamente una hélice de 3,4 m (11 pies) de diámetro en un banco de pruebas.
Safran
En un desarrollo relacionado, el año pasado GE y Safran, socios 50/50 en el fabricante de motores CFM International, lanzaron el programa Revolutionary Innovation for Sustainable Engines (RISE), que desarrolló una tecnología de ventilador abierto con palas de rotor de fibra de carbono. El programa RISE está explorando la propulsión híbrida-eléctrica e incorporará datos del programa EPFD. CFM Rise también probará la energía del hidrógeno.
Safran completó la primera prueba en tierra de un sistema de propulsión distribuida híbrido-eléctrico en 2018.
Además de la asociación con CFM, Safran puede haber sido la primera empresa de motores en probar un sistema de propulsión híbrido de tamaño significativo. En julio de 2018, comenzó a probar un sistema de 100 kW. La prueba se llevó a cabo en una instalación de prueba de Safran Helicopter Engines cerca del aeropuerto de Pau-Pyrenees en Francia. La demostración fue realizada por Safran Helicopter Engines, Safran Electrical & Power y Safran Power Units, junto con Safran Tech, el centro de investigación y tecnología del Grupo.
En este sistema de propulsión híbrido-eléctrico distribuido, se acoplaba un turbogenerador (una turbina de gas que impulsa un generador eléctrico) a un banco de baterías. El sistema impulsó múltiples motores eléctricos que giraban hélices para proporcionar propulsión.
Safran está trabajando con AURA AERO en estudios de arquitectura eléctrica para ERA, un avión regional híbrido eléctrico de 19 asientos.
En abril, Safran Electrical & Power y AURA AERO, una startup francesa de aviones eléctricos, anunciaron un acuerdo para trabajar juntos en la arquitectura y los sistemas de propulsión eléctrica de dos aviones: el avión de entrenamiento totalmente eléctrico INTEGRAL E de AURA y el Electric Regional de 19 asientos. Aeronave (ERA) turbopropulsor híbrido-eléctrico.
Safran ha estado trabajando con numerosas empresas de eVTOL y eCTOL. Originalmente fue socio del concepto Nexus 6HX eVTOL híbrido-eléctrico de Bell para Uber Elevate. Safran también ha estado apoyando a Bye Aerospace, con sede en Colorado, para su avión eCTOL de dos y cuatro plazas. En julio, la startup francesa VoltAero anunció que su prototipo Cassio 330 eCTOL utilizará tres de los motores eléctricos inteligentes ENGINeUS 100 de más de 100 kW de Safran Electrical & Power en el sistema de propulsión híbrido eléctrico paralelo de la aeronave.
Rolls-Royce
Rolls-Royce también participa en programas de propulsión limpia destinados a los mercados avanzados de movilidad aérea y aviación en general.
La compañía está probando su sistema de propulsión híbrido-eléctrico en sus instalaciones de Bristol, Inglaterra. El programa Power Generation System 1 (PGS1) de 2,5 MW se está probando en el motor AE2100. Este motor impulsa el avión regional comercial Saab 2000 de doble turbohélice, fuera de producción, de 50 a 58 asientos, y los transportes militares Leonardo C-27J y Lockheed Martin C-130J.
En 2017, Rolls-Royce LibertyWorks realizó un estudio para su concepto de turbofan híbrido-eléctrico EVE. La compañía estudió motores optimizados paramétricamente con segmentos híbridos de ascenso y crucero, en el marco del proyecto EAP de la NASA.
Rolls-Royce Electrical se formó en 2019 después de la adquisición de las actividades de propulsión aeroespacial eléctrica e híbrida-eléctrica de la unidad de negocios eAircraft de Siemens, con sede en Múnich.
Rolls-Royce Electrical ha sumado clientes y socios en ese camino. Siemens/Rolls-Royce proporcionó el sistema de propulsión para el demostrador Airbus CityAirbus sin tripulación (el eVTOL más pesado volado hasta la fecha), que completó con éxito su demostración de vuelo en Manching, Alemania, (cerca de Munich) el año pasado.
Vertical Aerospace, con sede en Bristol, Reino Unido, ha seleccionado la unidad de propulsión eléctrica de la compañía para su avión VX4 totalmente eléctrico, que volará a finales de este año. Eve Air Mobility, una escisión de Embraer, seleccionó el sistema de propulsión de Rolls-Royce para su taxi aéreo eVTOL.
Además, Rolls-Royce está trabajando con el fabricante de aviones italiano Tecnam y el fabricante austriaco de motores de pistón Rotax en las pruebas de vuelo de un avión híbrido-eléctrico P2010. El Tecnam P2010 H3PS de cuatro asientos está propulsado por un motor Rotax 915 IS de 138 shp (104 kW) junto con un motor eléctrico Rolls-Royce de 30 kW, lo que totaliza la potencia estándar de la aeronave de 180 shp (134 kW).
El P2010 H3PS (un acrónimo de «High Power High Scalability Aircraft Hybrid Powertrain») realizó su primer vuelo en diciembre y es el primero de su tipo en volar en una configuración híbrida paralela totalmente integrada. El proyecto H3PS ha destacado los beneficios de tener un sistema híbrido-eléctrico para energía de emergencia.
Además de lo señalado, Rolls-Royce está trabajando en planes para desarrollar el avión comercial P-Volt totalmente eléctrico, basado en el Tecnam P2012 Traveller de 11 asientos, con Widerøe, la aerolínea regional más grande de Escandinavia.
*Condensado de The Electric VTOL News
