Un avión híbrido eléctrico es un avión con un sistema de propulsión híbrido eléctrico . Como la densidad energética de las baterías de iones de litio es mucho menor que la del combustible de aviación , un sistema de propulsión híbrido eléctrico puede aumentar eficazmente la autonomía de vuelo en comparación con los aviones puramente eléctricos . En mayo de 2018, había más de 30 proyectos de aviones híbridos eléctricos y se preveían aviones de pasajeros híbridos-eléctricos de corta distancia a partir de 2032.
El concepto subsónico del ala con armazón de Boeing fue planeado con propulsión eléctrica híbrida. [1] El Diamond DA36 E-Star voló por primera vez el 8 de junio de 2011, el primer vuelo de un sistema de propulsión híbrido en serie , reduciendo el consumo de combustible y las emisiones hasta en un 25%, una tecnología escalable a un avión de pasajeros de 100 plazas. [2] Un pequeño motor Wankel Austro Engine de 40 hp (30 kW) y 100 kg (220 lb) más ligero genera la electricidad, complementada por baterías EADS para un despegue silencioso, alimentando un motor eléctrico Siemens de 70 kW (94 hp) que hace girar la hélice. [2] El AgustaWestland Project Zero estaba destinado a ser híbrido-eléctrico.
La NASA patrocinó un concurso centenario para fomentar el desarrollo del avión más eficiente en términos de consumo de combustible del mundo. [3] El concurso fue copatrocinado por Google y se llevó a cabo en California. Entre los participantes se encontraba el primer avión híbrido de gas y electricidad en paralelo del mundo llamado EcoEagle, construido por estudiantes de la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle , dos aviones eléctricos: el Pipistrel Taurus G4 y el eGenius. [4]
Faradair Aerospace lanza un concepto de avión híbrido eléctrico de ala triple, denominado BEHA (Bio Electric Hybrid Aircraft), uno de los primeros aviones regionales del mundo diseñado específicamente para vuelos regionales híbridos eléctricos. La start-up británica ha continuado el desarrollo desde el concepto inicial hasta la última variante BEHA M1H, con la posibilidad de desarrollar en el futuro variantes no tripuladas y totalmente eléctricas. El E-STOL BEHA ha obtenido el apoyo de miembros clave del Gobierno del Reino Unido y el desarrollo del fuselaje se ha llevado a cabo en la Universidad de Swansea. [5]
Zunum Aero , respaldada por Boeing y JetBlue , está trabajando desde 2014 en una familia de aviones regionales híbridos eléctricos de entre 10 y 50 asientos . [6] El 5 de octubre de 2017, Zunum lanzó el desarrollo de un avión de entre seis y doce asientos. Con el objetivo de volar en 2020 y ser entregado en 2022, debería reducir los costos operativos entre un 40 y un 80 % para alcanzar los costos de millas por asiento disponibles (ASM) de un Dash 8-Q400 de 78 asientos . [7]
El 28 de noviembre de 2017, Airbus anunció una asociación con Rolls-Royce plc y Siemens para desarrollar el demostrador de avión de pasajeros híbrido-eléctrico E-Fan X , que volará en 2020. [8]
El GE Catalyst de 1.300 shp podría usarse en propulsión híbrida-eléctrica: a finales de 2016, General Electric modificó un turbofán de caza GE F110 para extraer 250 kW de su turbina HP y 750 kW de su turbina LP , con el apoyo del Laboratorio de Investigación de la USAF y la NASA, desarrolló y probó un motor/generador eléctrico de 1 megavatio con GE Global Research , y probó un inversor refrigerado por líquido que convierte 2.400 voltios de CC en CA trifásica con interruptores basados en carburo de silicio y módulos de potencia MOSFET de 1,7 kW . [9]
Los expertos de la industria esperan que un avión híbrido-eléctrico con más de 50 asientos debute en operaciones comerciales en 2032 para rutas como Londres-París. [10]
En noviembre de 2018, las oficinas de Zunum Aero se cerraron y los 70 miembros del personal fueron despedidos mientras el programa llega a su fin.
La UE financió el programa Hypstair con 6,55 millones de euros durante tres años hasta 2016 para un TRL de 4: una maqueta de Pipistrel Panthera recibió un tren motriz híbrido -eléctrico en serie, probando en tierra un motor de 200 kW impulsado solo por baterías, por un generador de 100 kW solo y por ambos combinados. [11] Le sigue el proyecto Mahepa de 2017, financiado por la UE durante cuatro años con 9 millones de euros en el marco del programa de investigación Horizonte 2020 para reducir las emisiones de carbono de la aviación en un 70% en 2050, hasta el TRL 6 antes de entrar en el desarrollo del producto. [11]
El tren motriz del Panthera se dividirá en módulos: generador de empuje de motor eléctrico y generador de energía de combustión interna en la nariz, interfaz hombre-máquina y computación , combustible y baterías en el ala. [11] Las pruebas en tierra están planeadas para 2019 antes de las pruebas de vuelo en 2020. [11]
El Pipistrel Taurus G4 , de fuselaje doble y cuatro asientos, alimentado por baterías, recibió un sistema de propulsión de celdas de combustible de hidrógeno DLR para volar como HY4 en septiembre de 2016, con tanques de hidrógeno y baterías en los fuselajes, celdas de combustible y motor en la góndola central . [11] Los socios son el desarrollador alemán de motores e inversores Compact Dynamics, la Universidad de Ulm , la TU Delft , el Politécnico de Milán y la Universidad de Maribor . [11]
Las pruebas en tierra y en vuelo deberían seguir a las del Panthera un par de meses más tarde. [11]
A lo largo de su manejo en tierra , se estudiará la ampliación a aviones de pasajeros de 19 y 70 asientos en dos configuraciones: más módulos del mismo tamaño para propulsión eléctrica distribuida , o módulos de mayor tamaño extrapolando los resultados de las pruebas de vuelo, impulsando hélices gemelas. [11] Los vuelos probarán el comportamiento del sistema, medirán el rendimiento y la confiabilidad , y evaluarán los modos de falla. [11] Se busca una tasa de falla de una por cada 10 millones de horas, tan baja como en los aviones de pasajeros, con componentes muy confiables o con redundancia . [11]
La empresa austriaca ScaleWings, desarrolladora de una réplica a escala del P-51 Mustang , ha desarrollado un motor de pistón/eléctrico híbrido y redundante, basado en módulos independientes: un V-twin de cuatro tiempos de 1,15 L (70 pulgadas cúbicas) que produce 80 y 120 hp (60 y 89 kW) cuando está turboalimentado, y motores eléctricos, que producen de 170 a 350 hp (130 a 260 kW) combinados. [12]
VoltAero es una empresa emergente formada en septiembre de 2017 por el CTO y piloto de pruebas del Airbus E-Fan 1.0 de 2014, ubicada en Royan y establecida con el apoyo de la región francesa Nouvelle-Aquitaine . [13] La compañía está desarrollando un banco de pruebas híbrido basado en el Cessna 337 Skymaster , que pretende volar a fines de febrero de 2019. [13] El prototipo VoltAero Cassio , totalmente compuesto y de hoja limpia, debería seguir en 2020, antes de las entregas a fines de 2021 o principios de 2022. [13] Estará propulsado por dos motores eléctricos de 60 kW (80 hp) que impulsan hélices tractoras en el ala y un motor de pistón de 170 kW (230 hp) y un motor de 150 kW (200 hp) que impulsan una hélice de empuje en el fuselaje de popa. [13] La combinación de combustible y baterías le dará una autonomía de 1.200 km (650 millas náuticas) con nueve personas a bordo. [13]
El 31 de octubre de 2018, Diamond Aircraft voló el HEMEP , financiado por el Ministerio de Economía de Alemania y la Agencia de Promoción de Investigación de Austria , alcanzando 130 nudos (240 km/h) y 3000 pies (910 m) en 20 minutos. [14] Es un DA40 modificado con su motor de pistón único reemplazado por dos motores eléctricos Siemens de 75 kW (101 hp) en la nariz impulsados por un motor diésel Austro Engine AE 300 de 110 kW (150 hp) o dos baterías de 12 kWh (43 MJ), para una autonomía de 5 h. o 30 min. solo con baterías. [14]
En enero de 2019, la startup estadounidense Ampaire estaba reemplazando el motor de pistón trasero del Cessna 337 Skymaster (un avión push-pull ) con un motor eléctrico, para volar el prototipo en las rutas de cercanías de Hawaiian Mokulele Airlines operadas con Cessna Caravans . [15] Otras siete aerolíneas están interesadas en las conversiones de Caravan o Twin Otter : Kenmore Air de Seattle , Tropic Air de Belice, Vieques Air Link con sede en Puerto Rico , Southern Airways Express de Memphis, Tennessee, Aurigny de Guernsey y Star Marianas Air , con sede en las Islas Marianas del Norte, así como Noruega . [15] Los vuelos de prueba se llevarán a cabo en una ruta de 28 millas (45 km) durante 15 minutos entre el Aeropuerto de Kahului en el centro de Maui y el Aeropuerto de Hana en el lado este. [16] El prototipo híbrido realizó su primer vuelo de prueba público el 6 de junio de 2019, antes del servicio programado previsto para 2021. [17] Personal Airline Exchange (PAX) se convirtió en el cliente de lanzamiento del Skymaster de seis asientos modificado EEL de Ampaire Electric , que se certificará en 2021, con un pedido de 50 más 50 opciones. [18]
En marzo de 2019, UTC estaba convirtiendo un Bombardier Dash 8 Q100 de 39 asientos en un híbrido eléctrico para vuelos de demostración a partir de 2022 dentro de su Proyecto 804. [19] El diseño de 2 MW (2700 hp) es similar al programa Airbus E-Fan X , pero apunta a la certificación y producción para una oferta comercial posterior. [19] Un turbohélice PW121 de 2150 hp (1600 kW) será reemplazado por una turbina de gas de 1 MW (1300 hp) unida a un motor eléctrico de la misma potencia, alimentado por baterías de iones de litio disponibles comercialmente para el despegue y el ascenso . [19] La turbina se usa sola en crucero y acciona el motor-generador para recargar las baterías en descenso . [19] El motor reducido funciona de forma óptima para un ahorro de combustible del 30% en 200-250 nmi (370-460 km). [19] El alcance se reduce de 1.000 a 600 millas náuticas (1.900 a 1.100 km) debido al mayor peso vacío y a una capacidad de combustible 50% menor. [19]
Faradair Aerospace lanzó su BEHA M1H de 18 asientos durante Revolution.aero en marzo, Londres, con propulsión híbrida de turbohélice y capacidad de transporte de pasajeros/carga de "cambio rápido", con el objetivo de cumplir con las regulaciones de la categoría de pasajeros CS23/Part23. El avión E-STOL es capaz de operar en pistas de menos de 300 m con una carga útil de 5 toneladas gracias a su configuración única de ala en caja triple y configuración silenciosa de propulsor de ventilador entubado. [20]
En el Salón Aeronáutico de París de junio de 2019 , Daher , Airbus y Safran se unieron para desarrollar el demostrador EcoPulse basado en TBM , con la mitad de la demostración de 22 millones de euros (25 millones de dólares) financiada por la DGAC . [18] El vuelo inaugural está programado para el verano de 2022 antes de una certificación hipotética de 2025-2030. [18] El motor existente de la aeronave se complementará con seis motores eléctricos Safran de 45 kW (60 hp) en el ala alimentados por una APU o baterías de 100 kW (130 hp). [18] Similar al NASA X-57 Maxwell , la propulsión distribuida reduce los vórtices de la punta del ala y agrega sustentación a baja velocidad al soplar el ala , lo que permite un ala más pequeña y de menor arrastre. [18]
Una encuesta de mediados de mayo de 2019 para UBS muestra que el 38% de los estadounidenses y alemanes dijeron que probablemente volarían en un avión híbrido-eléctrico, aumentando a más del 50% para los de 18 a 44 años. [21] UBS cree que los aviones híbridos para hasta nueve pasajeros en rutas cortas por debajo de las 250 millas náuticas (460 km) podrían estar disponibles a partir de 2022, y 2028 para aviones regionales de hasta 1 hora de duración. [21] UBS pronosticó un mercado para 16.000 aviones híbridos-eléctricos y 178-192 mil millones de dólares durante 2028-2040, principalmente en aviación general , aviones comerciales ligeros y aviones regionales con costos operativos un 20% más bajos que los actuales de 50 a 70 plazas. [21]
Liderado por Cranfield Aerospace Solutions (CAeS), el Proyecto Fresson comenzó el 1 de octubre de 2019, para volar un Britten-Norman BN-2 Islander eléctrico en 30 meses antes de un STC de EASA dentro de otros 6 a 12 meses. [22] Tiene como objetivo una autonomía de 60 minutos más 30 minutos de reservas y con energía cinco veces más barata que Avgas y un mantenimiento reducido, el costo de conversión podría recuperarse en tres años y tendría un motor de combustión con extensor de rango. [22] La mitad de la financiación de £ 18 millones ($ 22 millones) proviene de los socios y la otra mitad del gobierno del Reino Unido. [22] De los 800 Islanders en servicio, alrededor de 600 se utilizan para vuelos cortos. [22] Loganair debería usarlo para vuelos cortos entre islas en el norte de Escocia . [22]
El desarrollador de EEL eléctrico Ampaire y el especialista en modificación de aeronaves Ikhana Aircraft Services estudian un híbrido diésel-eléctrico de 19 asientos de Havilland Canada DHC-6 Twin Otter . [23] Podría utilizar el STC de Ikhana para aumentar el MTOW de 5.443 a 6.350 kg (12.000 a 14.000 lb), y se espera que el estudio se complete a fines de 2019. [23]
Con el apoyo de la financiación bávara , el DLR alemán está modificando uno de sus dos Do 228 para convertirlo en un demostrador híbrido-eléctrico. [24] El primer vuelo totalmente eléctrico está previsto para 2020 y el primer vuelo híbrido-eléctrico para 2021, aparentemente desde el aeropuerto de Cochstedt . [24] Los socios incluyen a MTU Aero Engines y Siemens , de los cuales Rolls-Royce plc está adquiriendo la unidad de propulsión eléctrica. [24]
En abril de 2020, se canceló el programa E-FanX apoyado por Rolls-Royce plc, Airbus y Siemens. [25]
Para julio de 2020, Faradair Aerospace anuncia su traslado al aeródromo de Duxford, Cambridgeshire, Reino Unido, en colaboración con el Imperial War Museum Duxford y el Gonville and Caius College de Cambridge , para desarrollar el prototipo de avión regional híbrido eléctrico BEHA M1H a partir de una nueva instalación de prototipos a medida como parte del nuevo campus de investigación y desarrollo aeroespacial Duxford Avtech. El primer vuelo está previsto para finales de 2023 o principios de 2024. [26]
En noviembre de 2020, Embraer presentó un nuevo diseño para un avión de pasajeros regional evitando un sistema de propulsión híbrido-eléctrico, ya que los costos operativos aumentarían en un 15% para el 5% de la potencia requerida en comparación con los turbohélices convencionales . [27]
La Alianza Aeroespacial Berlín-Brandeburgo es un clúster empresarial que incluye a Rolls-Royce Dahlewitz , MTU Aero Engines , el especialista en ingeniería aeronáutica APUS y Stemme . [24] Planea el proyecto IBEFA -i6, un demostrador de propulsión eléctrica distribuida de 19 asientos que volará en 2021 con turbodiésel , turbina de gas y generadores de celdas de combustible . [24]
Aparte de este i-6, el APUS i-5 será un banco de pruebas de doble brazo con asientos en tándem para un peso bruto de 4 t (8800 lb). [28] Un turboeje Rolls-Royce 250 impulsará cuatro hélices eléctricas a través de una batería, generadores, convertidores y controles de potencia. [28] Con el apoyo del estado alemán de Brandeburgo y la Universidad Tecnológica de Brandeburgo , los vuelos deberían comenzar después de 2021. [28]
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En 2019, el Consejo Nacional de Investigación de Canadá comenzó a convertir un Cessna Skymaster , una configuración push-pull , en un banco de pruebas de aeronaves eléctricas híbridas. [29] Voló por primera vez el 7 de febrero de 2022. [30] [31] [32]
El 19 de enero de 2023, ZeroAvia realizó un vuelo de prueba con su Dornier 228 con un turbohélice reemplazado por un prototipo de motor eléctrico de hidrógeno en la cabina, que consta de dos celdas de combustible y una batería de iones de litio para la potencia máxima. [33] El objetivo es tener un sistema certificable para 2025 para propulsar fuselajes que transporten hasta 19 pasajeros a lo largo de 300 millas náuticas (560 km). [33]
En julio-agosto de 2024, DARPA y Northrop Grumman anunciaron el Northrop Grumman XRQ-73 SHEPARD (Series Hybrid Electric Propulsion Aircraft Demonstration). [34] [35]
{{cite web}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )Rolls lidera el demostrador híbrido-eléctrico alemán