Un avión eléctrico de despegue y aterrizaje vertical ( eVTOL ) es una variedad de aeronave VTOL (despegue y aterrizaje vertical) que utiliza energía eléctrica para flotar, despegar y aterrizar verticalmente. Esta tecnología surgió debido a los grandes avances en propulsión eléctrica ( motores , baterías , celdas de combustible , controladores electrónicos ) y la necesidad emergente de nuevos vehículos aéreos para la movilidad aérea urbana que puedan permitir vuelos más ecológicos y silenciosos. Los sistemas de propulsión eléctricos e híbridos (EHPS) también tienen el potencial de reducir los costos operativos de las aeronaves. [1] : 1–2
Los diseños originales de aeronaves eVTOL están siendo desarrollados por fabricantes de equipos originales (OEM) que incluyen fabricantes tradicionales como Airbus , Boeing , [2] Embraer , Honda , Hyundai y Toyota , así como varias empresas emergentes como Archer Aviation , EHang , Joby Aviation , Overair y Volocopter . Este ecosistema de empresas que desarrollan eVTOL incluye también escisiones de fabricantes de aeronaves tradicionales, como Eve Air Mobility , que surgió de la división EmbraerX de Embraer , así como asociaciones, como Wisk Aero , que se lanzó como una empresa conjunta entre Boeing y Kitty Hawk de Larry Page .
El concepto de aeronave eVTOL surgió en 2009 cuando un video del concepto Puffin eVTOL de la NASA [3] se volvió viral el 11 de noviembre de 2009, mostrando una representación conceptual de la tecnología realizada por una sola persona y el concepto en vuelo. A continuación, se publicó el primer artículo de Puffin en la Conferencia de Especialistas VFS sobre Aeromecánica , el 9 de enero de 2010. Este concepto utilizó una nueva tecnología desarrollada en la NASA llamada Propulsión Eléctrica Distribuida (DEP). Se publicaron artículos adicionales de Puffin el 13 de septiembre en la 10.ª Conferencia AIAA ATIO, NASA Puffin Electric Tailsitter VTOL Concept [4] y Puffin Redundant Electric Powertrain System. [5] A esto le siguieron rápidamente en 2011 varios esfuerzos de la industria, a saber, el Proyecto Zero de AugustaWestland (Italia), el Volocopter VC1 (Alemania) y el Opener BlackFly (EE. UU.). [6] Fue presentado oficialmente por la Vertical Flight Society y el American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) en 2014 durante el "Taller conjunto de conceptos de vuelo vertical transformadores para habilitar nuevos conceptos de vuelo a través de nuevas arquitecturas de propulsión y energía" celebrado en Virginia . [7]
Desde entonces, ha habido un aumento significativo en el interés de los fabricantes de aeronaves por los eVTOL, y empresas como Boeing , Airbus y Bell también han trabajado en la tecnología: [8]
Además de estos grandes fabricantes de aeronaves, las empresas emergentes han desempeñado un papel importante en el desarrollo de estos vehículos aéreos y en ocasiones han sido líderes en avances tecnológicos. [10]
Uber publicó un artículo sobre un proyecto llamado Elevate, coescrito por Jeff Holden, Nikhil Goel y Mark Moore. [11] El artículo describía la viabilidad de un sistema de transporte aéreo a pedido. Ese documento, junto con las cumbres anuales Elevate posteriores que la compañía organizó entre 2017 y 2019, ayudó a avanzar los conceptos de aeronaves eVTOL y movilidad aérea urbana (UAM) desde un concepto de ciencia ficción a un potencial sector aeroespacial perseguido por docenas de proyectos de desarrollo. [12]
En diciembre de 2020, Uber Elevate fue adquirida por Joby Aviation . [13] Tras la adquisición, el director ejecutivo de Joby, JoeBen Bivert, dijo: "El equipo de Uber Elevate no solo ha desempeñado un papel importante en nuestra industria, sino que también ha desarrollado un conjunto notable de herramientas de software que se basan en más de una década de experiencia que permite la movilidad a pedido". [14]
En 2020, Tetra Aviation ganó el "premio disruptor" en el concurso de vuelo personal GoFly por su eVTOL monoplaza. En 2021, la compañía anunció su eVTOL personal Mk5 que espera entregar en 2022. Incorpora 32 rotores de elevación vertical distribuidos en alas delanteras y traseras largas y delgadas, junto con una hélice de empuje trasera para crucero. Utiliza un marco principalmente de aluminio, con carrocería de polímero reforzado con fibra de carbono/ aramida . La aeronave tiene 8,62 m (28,3 pies) de ancho, 6,15 m (20,2 pies) de largo y 2,51 m (8 pies 3 pulgadas) de alto. El paquete de baterías tiene una capacidad de 13,5 kWh. El peso en vacío es de 488 kg (1076 lb) y alberga un piloto de hasta 79 kg (174 lb). El vehículo cuenta con al menos tres controladores de vuelo, que impulsan 32 hélices verticales en caso de fallo del motor o del controlador de vuelo, y un paracaídas en caso de fallo total. El avión se venderá como un kit experimental que solo requiere una licencia de piloto privado. [15]
En octubre de 2020, con una inversión de 60 millones de dólares en Joby Aviation, una empresa que está construyendo un avión eléctrico de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL) destinado a proporcionar un servicio de cabina aérea, Delta se unió a la lista de aerolíneas que financian nuevas empresas de tecnología de vehículos eléctricos. [16]
En 2021, Urban eVTOL anunció el Leo, un vehículo de 3 asientos, con una velocidad de 250 mph (400 km/h) y un alcance de 300 mi (480 km). Alberga 16 ventiladores canalizados de 40 cm de diámetro y 10 kW para la elevación vertical y 6 motores traseros con palas de turbina de 28 cm de diámetro para el empuje horizontal. El ala tiene un diseño de ala de caja doble. La intención es que sea lo suficientemente pequeño como para estacionarse en un espacio de automóvil estándar. El sistema de batería dividida tiene una capacidad de 66 kWh. Se incluye un paracaídas balístico. Aún no ha volado. [17]
En 2021, Volocopter realizó el primer vuelo eVTOL tripulado de Corea del Sur. [18]
En noviembre de 2021, la Academia Nacional de Ciencias publicó un estudio [19] de Shashank Sripad y Venkat Viswanathan, de la Universidad Carnegie Mellon , que demostró que los aviones eVTOL podrían tener una eficiencia energética comparable o superior a la de los vehículos eléctricos terrestres. El estudio también asignó un alto nivel de preparación tecnológica a los eVTOL alimentados por batería.
El 19 de abril de 2024, el fabricante de aviones estadounidense Boeing anunció sus planes de entrar en el negocio de los eVTOL en Asia en 2030, anticipándose a la demanda de viajes rápidos de corta distancia que estos vehículos podrían proporcionar en las ciudades de la región, congestionadas por el tráfico. La empresa está desarrollando en su filial Wisk Aero naves eléctricas de despegue y aterrizaje verticales, que incorporarán tecnología autónoma . [20]
Cuatro empresas estadounidenses tienen contratos de aeronavegabilidad militar a través del programa Agility Prime del ejército estadounidense: Joby Aviation , Beta Technologies , Lift Aircraft y, más recientemente, Kitty Hawk , cuyo avión Heaviside fue aceptado en julio de 2021. [21]
Archer, Joby, Lilium y Vertical se unieron a empresas de adquisición de propósito especial (SPAC) para salir a bolsa. [22] La primera fue Archer Aviation , que simultáneamente anunció un pedido de más de 200 aviones por valor de 1.000.000.000 de dólares de United Airlines en febrero de 2021. [23] Archer también fue la primera en revelar públicamente su avión Maker en persona ese año. [24]
Vertical Aerospace anunció pedidos anticipados de 1.000 eVTOL en junio de 2021, incluidos los de American Airlines, Virgin Atlantic y el arrendador de aeronaves, Avalon Holdings. [25]
En marzo de 2024, Embraer había firmado contratos con veintiocho empresas para 2.850 pedidos de eVTOL, valorados en 8.000 millones de dólares, de 30 clientes en 13 países. [26]
Muchos diseños funcionan sin alas. Los multicópteros suelen utilizar brazos radiales para alojar los motores y las hélices, como el Volcopter 2X o el Jetson One . [27]
Los diseños de empuje vectorial cambian la dirección del empuje, vectorizando el empuje verticalmente para el despegue/aterrizaje y horizontalmente durante el crucero. El ala entera (ala basculante) puede pivotar hacia o solo los rotores (rotor basculante). El Archer Maker, [28] Lilium Jet , Joby S4 , [29] Vertical Aerospace VA-X4 y Zuri 2.0 [30] son aeronaves de rotor basculante. El AMSL Aero Vertiia utiliza un híbrido que pivota la parte que sostiene el rotor de su diseño de ala de caja, que de otro modo sería fija. [31] Otro enfoque para la vectorización del empuje es usar flaps para desviar el aire que viene de un motor horizontal hacia abajo para crear sustentación. Craft Aero es notable por su ala de caja que está unida a la parte inferior del fuselaje en la parte delantera y a la parte superior del fuselaje en la parte trasera, presentando una forma de diamante cuando se ve desde arriba. El diseño incluye un generador de turbina para aumentar el alcance. [32] Odys Aviation vectoriza el empuje de sus 16 motores extendiendo los flaps que dirigen el aire que viaja hacia atrás hacia abajo durante el despegue y el aterrizaje. [33]
Las configuraciones de ala inclinada hacen girar el ala del frocio junto con sus motores acoplados, como Dufour Aerospace. [34]
Los sistemas de elevación y crucero utilizan un conjunto de motores para el vuelo vertical y otro conjunto para el crucero, como Beta Alia, [35] Airbus , [36] Eve, [26] y eMagic. [37]
PteroDynamics utiliza un diseño de alas plegables que permite un fácil almacenamiento y transporte terrestre del vehículo. El despegue se produce con las alas en posición plegada, con una transición durante el vuelo a la posición completamente extendida. [38]
Los diseños híbridos emplean algunos motores fijos y otros inclinables, como lo demuestran Archer Maker, [39] Vertical Aerospace VA-1X, [40] y Wisk Cora. [40]
Los multicópteros típicos no utilizan alas, sino que dependen exclusivamente de las palas giratorias para su sustentación.
Los diseños de alas en tándem utilizan alas delanteras y traseras, unidas opcionalmente entre sí en las puntas de las alas.
Los diseños de alas cerradas o en forma de caja también utilizan dos alas, pero las alas están conectadas de tal manera que se eliminan las puntas de las alas. Las alas pueden estar apiladas verticalmente o dispuestas adelante y atrás como en los diseños en tándem.
Los diseños de alas envolventes se abren para exponer los ventiladores de despegue y se cierran alrededor de ellos para una navegación más rápida a mayor velocidad. [41]
La mayoría de los diseños actuales funcionan con baterías , aunque algunos diseños utilizan pilas de combustible de hidrógeno . En la actualidad, las baterías sufren de una energía específica baja (lo que provoca problemas de alcance y, por lo tanto, de seguridad). Las pilas de combustible han sufrido anteriormente una potencia específica menor (que podría ser demasiado baja para el despegue/aterrizaje vertical), pero los diseños más nuevos afirman haber resuelto este problema con una potencia específica mucho mayor. [42] [43] [44] [45] También hay propuestas para utilizar baterías para el despegue/aterrizaje y pilas de combustible de hidrógeno para el crucero. [46]
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Muchos modelos conceptuales de eVTOL están diseñados para aplicaciones de taxi aéreo. Por ejemplo, Pipistrel , un socio de Uber Elevate , está trabajando en el Pipistrel 801 , un taxi aéreo de 5 plazas. [47] Otro ejemplo es Volocopter , que propuso su servicio de taxi aéreo llamado VoloCity, basado en el Volocopter 2X . [48]
La empresa Wing , propiedad de Google, ofrece un servicio de entrega con drones eVTOL desde 2020. Sus drones pueden volar hasta 100 km y transportar hasta 1,5 kg. [49] Amazon Prime Air y UPS son otras dos empresas que utilizan la entrega con drones. [50] Una empresa aeroespacial alemana llamada Wingcopter, en colaboración con UNICEF, también entregó vacunas en Vanuatu en 2018. [51] En 2020, el dron eVTOL de Wingcopter se utilizó para entregar kits de prueba de COVID-19 a la isla de Mull. [52]
Compañías como Sabrewing Aircraft Company, Sabrewing Rhaegal , Elroy Elroy Air Chaparral y Pipistrel han presentado aviones de carga no tripulados de carga pesada, con el avión Sabrewing con capacidad para transportar una carga útil de hasta 5400 libras en un escenario de despegue vertical. Volocopter también ha desarrollado un avión de carga eVTOL, el VoloDrone, que puede transportar hasta 200 kg con un alcance máximo de 40 km. [53]
Los sistemas eVTOL tienen múltiples aplicaciones en la agricultura, en particular en las áreas de protección de cultivos y cultivos de cobertura. Guardian Agriculture ofrece una plataforma aérea no tripulada de carga pesada, la SC1, capaz de transportar más de 100 kg. En 2023, la SC1 de Guardian Agriculture se convirtió en el primer sistema eVTOL aprobado por la FAA para su funcionamiento a nivel nacional. [54]
En 2020, JumpAero anunció que estaba trabajando en un pequeño avión eVTOL monoplaza para permitir el rápido despliegue de servicios de emergencia . Este tipo de vehículo no es un sustituto de los vehículos terrestres o los helicópteros, sino una nueva herramienta que, gracias al motor eléctrico, es más rápida que las demás. [55]
En 2020, el consorcio Canadian Advanced Air Mobility (CAAM) estudió los beneficios del eVTOL para el transporte directo de pacientes, órganos y medicamentos de un hospital a otro. [56]
Los aviones eVTOL se han creado para introducir el vuelo eléctrico en la aviación recreativa o deportiva, como la serie de carreras Airspeeder . [57]
En 2024, LuftCar firmó un memorando de entendimiento con eFrancisco Motor Corporation en Filipinas, para desarrollar, integrar, implementar, marcar y comercializar una serie de super-jeepneys voladores Pinoy LuftCar ( Jeepney de hidrógeno eVTOL construido alrededor del chasis del vehículo de eFrancisco para viajar de isla en isla ). [58] [59]
En abril de 2020, la USAF anunció una financiación de 25 millones de dólares para proyectos eVTOL para su desarrollo en 2021. [60] [61] El 20 de agosto de 2020, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) realizó un vuelo de demostración de un avión eléctrico de despegue y aterrizaje vertical en Camp Mabry en Austin, Texas . Fue la primera vez que un avión eVTOL tripulado despegó en el marco del programa Agility Prime de la USAF . [60]
El 12 de diciembre de 2021, Embraer y BAE Systems anunciaron planes para embarcarse en un estudio conjunto para explorar el desarrollo del vehículo de Eve para el mercado de defensa y seguridad. [62]
Desde 2018, la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA) viene trabajando en la certificación de este tipo de aeronaves. [63] En julio de 2019, publicaron el documento SC-VTOL-01: Condición especial para aeronaves VTOL. Este documento establece los objetivos de seguridad y diseño para aeronaves VTOL. Incluye una sección especial para eVTOL.
En 2009, la Administración Federal de Aviación de Estados Unidos (FAA) publicó un estudio sobre recomendaciones de aviación general para los próximos 20 años. [64] En particular, la Parte 23-Enmienda 64 incluye los eVTOL. [65]
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