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Motor híbrido para aviación. Sistema AXTER. Futuro/Presente, la seguridad en el aire.

  • noviembre 19, 2015

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Motor híbrido para aviación. Sistema AXTER. Futuro/Presente, la seguridad en el aire.

 

Nos acercamos al aeródromo de Camarenilla, Toledo, para conocer y tomar contacto con el primer avión equipado con un motor hibrido.

Nos reciben Miguel Suarez y Daniel Cristobal, dos jóvenes ingenieros e inventores que han patentado el primer motor híbrido para la aviación deportiva.

Daniel y Miguel son dos jóvenes ingenieros que han trabajado en Airbus y que han decidido dejar la comodidad de un sueldo fijo para cumplir el sueño de crear su propia empresa creando sus propios sistemas… Siempre es bienvenida estas actuaciones y más cuando crean productos netamente españoles y que pueden significar un antes y un después en la tecnología española…y en la internacional.

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Daniel y Miguel son los socios fundadores de Axter Aerospace, y según nos informan, ya cuenta con financiación para el diseño, construcción y comercialización de un novedoso sistema de motorización para aviones deportivos a hélice.

Se trata del primer motor híbrido para aviación del mundo

Daniel nos dice, que él, que tiene el título de piloto privado, un día despegando desde el aeródromo le dio por pensar, ¿Qué pasa si en este momento me falla el motor?, ¿Dónde aterrizo?…

En ese momento, surgió la idea de por qué no tener un motor hibrido (Térmico/eléctrico) que en caso de fallo de motor permitiera mantener el vuelo al menos para regresar al aeródromo…

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Después de mirar e investigar, vieron que no existía ninguna aplicación real que incorporara motores eléctricos a aviones deportivos, por lo que decidieron crear un sistema propio, que posteriormente patentaron, lo cual, dada la burocracia española no fue ni fácil ni rapido .

A simple vista, el sistema parece sencillo, entre la hélice y el eje del motor térmico, se inserta un bloque eléctrico (motor eléctrico) comercial (ya existe en el mercado) que puede dar hasta 60 CV, y un bloque embrague, que permite ajustar las revoluciones entre el motor eléctrico y el eje hélice sin que se dañe ninguno de ellos.

La complejidad está en conseguir coordinar por una parte el motor térmico y el eléctrico de forma que puedan trabajar los dos, tanto conjuntamente como individualmente, a solicitud del piloto. Y por otra parte, gestionar la carga de las baterias, su utilización y rendimiento.   Esto se consigue a través del software y de la electrónica creada «ad hoc» por estos dos ingenieros y que trasmite toda su información en un pequeño panel digital perfectamente integrado en la consola.

Nos dicen que el sistema permite mejorar la seguridad del avión de varias formas:

1.- Si estamos en vuelo y fallan los sistemas se puede recurrir al paracaídas balístico, pero que pasa en caso de despegues y aterrizajes.. En estos casos, la seguridad depende prácticamente de la pericia del piloto y no había sistemas que pudieran suplir ésta. Con el motor hibrido, si falla el motor térmico se puede mantener el vuelo solo con el motor eléctrico algo más de 7 minutos a plena potencia, dependiendo de la potencia que se pida al sistema puede estar en uso mas tiempo.

2.- Por otro lado, en campos de poca longitud, se precisa una velocidad de ascensión más rápida, que permita el uso del menor campo posible. El motor eléctrico, en funcionamiento conjunto, aporta una potencia extra de hasta 40 CV, lo que permite una velocidad de ascenso de casi 2000 f/m, reduciendo la longitud de la pista.

También nos indican los ahorros que este sistema genera en los bolsillos del propietario.

Este ahorro no es tanto en el coste de combustible, que si lo hay, sino en otros costes de mantenimiento y de operaciones. Dado que la nave puede realizar las maniobras de carreteo tanto en acceso a la pista como de acceso a plataforma etc., al hacerse estas de forma eléctrica estamos ahorrando tiempo de uso del motor de combustión, lo que implica retrasar las revisiones del mismo, que normalmente son cada 50 horas. Más o menos estimamos que para un viaje de 2 horas se realizan maniobras por pista de entre 15 y 20 minutos, lo que implica un ahorro en tiempo entre un 12% a 15 %.

El motor eléctrico tiene un periodo de mantenimiento de en torno a las 20.000 horas, es decir, prácticamente despreciable. Así que “os toca hacer números”

Aprovechamos para ver y probar el sistema montado sobre una Tecnam P92 del 2001, del cual hemos realizado una amplio reportaje tanto fotográfico como en vídeo que podéis ver al final del presente artículo.

El sistema es claramente visible ya que prácticamente el sistema va por fuera de la carrocería del avión.. Como se ha comentado, el sistema motor se coloca entre la hélice y el motor térmico por lo que alarga la longitud del avión en unos 30 cm. Se nos dice que el montaje cumple todos los requisitos de seguridad estructural aprobados por EASA, y está siendo certificado por esta agencia cumpliendo los más altos niveles de exigencia.

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Al ver la estructura anterior, preguntamos en cómo afecta este motor a los pesos y al centro de gravedad. En cuanto al peso, todo el sistema, motor mas baterías y electrónica, es de unos 40 Kg que, al parecer EASA admite para los ULM en formato KIT… Supongo que este peso puede ser asimilable para la mayoría de los ULM comerciales ya que es poco esperable que el peso de piloto y pasajero esté en el límite superior.

En cuanto al centro de gravedad se nos indica que el peso del motor es, más o menos,  el 40% del peso total del equipo, por lo que se juega con la batería y la electrónica para compensar el peso de forma que el CG se mantenga en su sitio. Es decir, la batería y electrónica se sitúan por detrás de los asientos equilibrando el exceso de peso añadido en el morro.

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Ahora es el momento de entrar en contacto con el avión y ver su actuación:

Lo primero, y tras el chequeo del avión (igual que el de un avión convencional) se hace una prueba en parado de la potencia del motor. Para ello con los frenos puestos se enciende solo el motor eléctrico (poner en ON el botón de inicio del motor eléctrico y dar potencia girando la rueda del potenciómetro).

El arranque es inmediato, a medida que se gira el potenciómetro las revoluciones de la hélice suben, mientras solo se escucha  un leve zumbido del motor. Vemos que a toda potencia, el avión se clava intentando arrastrar las ruedas sobre el pavimento. Los frenos sujetan a duras penas el avión para impedir que este se mueva.

Llega el momento de la prueba en vuelo, así que subo al lado derecho, dejando que Miguel pilote.

Miguel me explica cómo funciona el motor eléctrico y como se lee el display informativo pidiéndome que cuando él diga proceda a operar directamente este mando.

Hacemos prueba en tierra y observo que manteniendo las RPM del motor térmico en 3.800, al girar el mando eléctrico, la RPM van subiendo poco a poco. En el display me aparece el consumo el KW del motor eléctrico. Me comenta que para que se lea más claro van a hacer que en el display se indique también los CV que se están aportando.

Procedemos a carretear por la pista en modo mixto, y al llegar a cabecera, y tras las comprobaciones de rigor, iniciamos la carrera de despegue. La pista, de tierra, no llega a los 500 metros y, a pesar de que la P92, totalmente cargada supera los 640 Kg MTOW, se va al aire casi a la mitad de la pista.

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Hacemos un par de circuitos con el motor térmico para ver cómo afecta el peso. Observamos que este aparato es ligeramente cabezón, por lo que está algo trimado. Miguel nos dice que está previsto retrasar un poco la batería y la electrónica, para ajustar el CG a su punto más óptimo. No obstante, este es un avión de pruebas.

Al iniciar el 3º circuito, Miguel baja las revoluciones del motor a 3.600 RPM y me indica que empiece a subir lentamente las revoluciones del motor eléctrico.

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Observo en el display que poco a poco va aportando mas KW al sistema y que el cuenta revoluciones va subiendo … 3800, 4.000, 4.500, y solo se escucha el zumbido del motor eléctrico.

Pregunto, si no puede pasar que la adición de rpm a la hélice por encima de las que el motor térmico está enviando, no puede producir daños al sistema. Miguel me dice que para eso se ocupa el embrague acoplado al eje, el cual va progresivamente ajustando las revoluciones. Por eso, el sistema, por razones de seguridad, no permite que se arranque el motor eléctrico si antes no se pone el potenciómetro a 0. No debería pasar nada pero puede dar sensación extraña al piloto. Al menos eso nos dice.

Procedemos a tomar tierra y carreteamos exclusivamente con el motor eléctrico.

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Conclusión a la prueba:

Nos ha parecido un magnífico sistema que mejora la seguridad de la nave y que puede permitir unos ahorros sustanciales, en mantenimiento.

Es una pena que el sistema quede al aire, aunque nos dicen que no hay ningún problema con las inclemencias del tiempo, pero estéticamente, quedaría mejor carrozado.- Pero eso es algo que deberá realizar el usuario.

Comercialmente, nos dicen sus creadores que les ha sido imposible reducir el precio, y que este estaría en torno a los 18.700 € más Iva mas instalación (La instalación y puesta en marcha la hacen ellos)

El precio, por tanto puede estar en torno a uno 20% del coste de un avión ULM de última generación, pero en mi opinión… ¿Cuánto vale la seguridad?

Nos comentan que han vendido un sistema a un piloto que, precisamente ha tenido un problema de aterrizaje de emergencia por perdida de motor. Al piloto no le pasó nada, pero los daños en el avión superaron los 100.000 €. En este caso, de haber tenido antes el  sistema, la inversión en el mismo  habría sido barata.

El futuro:

Deseamos que este sistema se incorpore al mayor número de  aviones posible, tanto por la seguridad como por los costes y solo queda desear que se consigan baterías con mayor capacidad de carga y menor peso, pero como siempre pasa, la investigación en ese tema viene directamente ligada a la comercialización de sistemas híbridos.

Ya para terminar, Daniel y Miguel nos comentan, que han presentado el avión en la feria de Alemania y que hubo mucho interés en el equipo. Esperemos que este invento siga siendo español y que no haya que ir a Alemania o a Checoslovaquia a comprar aviones con este equipamiento.

Se nos dice también que han mantenido conversaciones con TECNAM para suministrar este sistema para un nuevo avión de funcionamiento 100 % eléctrico.

Una vez más, enhorabuena y un deseo de que sea un éxito.

Si queréis ampliar información, no dudes en poneros en contacto con nosotros a través de nuestra web y nuestro correo. Igualmente, si estais interesados en el sistema y queréis una demostración in situ del mismo, enviarnos un eMail y nos pondremos en contacto con vosotros.

 

Artículo:  Carlos Cerón

Fotos y videoedición: Juan Carlos Cobos

INFORMACIÓN TÉCNICA

Sistema AXTER:

El sistema patentado de AXTER es una solución que permite que el avión se mantenga en el aire en caso de que el motor comience a fallar.

Esto consiste en un sistema de propulsión eléctrico integrado en el avión (entre la hélice y el motor principal). El sistema automáticamente desembraga  la hélice desde el motor de  combustión en caso de fallo o pérdida de energía. El sistema permite al piloto dirigir la hélice con el motor de combustión, el motor eléctrico o con los dos al mismo tiempo.

En caso de pérdida de energía en vuelo:

  • Se elimina el estrés causado por el fallo de energía y permite al piloto tomar la mejor decisión.
  • Le da al piloto la capacidad de propulsar el avión y lograr un rango suficiente como para poder encontrar un aeródromo alternativo o en el peor de los casos una zona adecuada para aterrizar.

 

Beneficios:

  • Energía hibrida: El avión incrementa la energía hasta en 30 KW.
  • El coste operacional se reduce.
  • El consumo de gasolina se reduce, así como las emisiones de CO2.
  • Reducción del ruido.

 

El sistema:

  • Alta eficiencia del motor eléctrico
  • Estructura de apoyo al motor eléctrico (fácil de montar en 912 y 914 motores rotax)
  • Dispositivo de embrague. Diseñado para aislar el motor de combustión cuando falla
  • Batería de Litio. AXTER AEROSPACE tiene experiencia en diseño y prueba de baterías. La compañía construye packs de baterías diseñadas para ser ligeras y seguras.
  • Sistema de dirección de batería inteligente, la cual monitorea cada célula individual y envía la información al tablero de mandos. Los parámetros son presentados al control para prever cualquier fallo potencial y la seguridad de la operatividad de la batería.
  • Sistema regenerativo que carga la batería en vuelo. El piloto puede seleccionar el modo generación. En este modo el motor opera como un generador y la energía se almacena en la batería por medio de este sistema.
  • Último control de generación de energía electrónica. Especialmente diseñado para la aviación, este control del motor eléctrico es diseñado para ser ligero y con menor refrigerador de liquido. Energía nominal 40 CV con alta eficiencia.
  • Control inteligente que monitoriza y dirige el sistema. Todos los parámetros del sistema son monitoreados y dirigidos por este dispositivo. Esto detecta e informa al piloto cualquier mal funcionamiento, además, dependiendo del fallo detectado, regula las funciones con motivo de asegurar la operación.
  • Panel de control de la cabina. Un instrumento permite al piloto el control del sistema. Además toda la información relevante y cualquier aviso es mostrado al piloto.

 

La cualificación del sistema AXTER.

El sistema es sujeto a un proceso de cualificación que consiste en:

  • Simulación y análisis de las partes mecánicas (cargas estáticas y dinámicas) Modelo FEM.
  • Simulación de la arquitectura electrónica.
  • Tests de los componentes: cargador, SBMS, energía electrónica y control principal.
  • Tests operacional de todo el sistema en el laboratorio:
    • Operación del motor eléctrico hasta 18CV
    • Modo generación, carga de la batería.

Test de vuelo del sistema:

  • Operación del motor eléctrico hasta 45CV
  • Modo generador, carga de batería
  • Operación Hibrida (Motor de combustión + Motor eléctrico)
  • Modo de transición
  • Modo de emergencia: Vuelo sólo eléctrico.

Mas de 150 horas de vuelo acumuladas en tests de operaciones.

Estado de certificaciones:

Nuestro avión de test, un Tecnam P92J (600Kg MTOW) tiene el certificado de vuelo desde la Agencia Española de Aeronavegavilidad.

 

Estamos además trabajando con la EASA para la modificación del TECNAM P92J con el sistema AXTER bajo el CS-VLA.

 

GALERIA FOTOGRAFICA

 

VIDEO

 


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