Mejores suministros de energía, pesos más livianos y aeronaves más eficientes en general: Liebherr ha comenzado a realizar importantes investigaciones sobre sistemas eléctricos en tres sitios diferentes que podrían revolucionar el campo de la aviación en el futuro cercano.
Trabajar en la cabina requiere la máxima concentración. El avión acelera y despega. Con solo presionar un botón, el tren de aterrizaje se retrae justo en frente de los ojos de los pilotos. Esto se debe a que el tren de aterrizaje frontal está ubicado directamente frente a la ventana de la cabina. Los pilotos son ingenieros que controlan un simulador de vuelo en el Centro de Investigación E-Wing de Liebherr Aerospace en Lindenberg, Alemania.
Stefan Pufe es Director de Investigación y Tecnología en Lindenberg, a cargo de un equipo de ingenieros y desarrolladores que trabajan junto con otros dos equipos de proyecto en Lindau y en Toulouse, Francia. Los equipos están dirigiendo un curso que conduce a la próxima generación de aviación: el avión más eléctrico (MEA). El objetivo de MEA es hacer que la aviación del futuro sea más ligera, más eficiente y mejor para el medio ambiente. Eso también significa significativamente menos conductos, ejes y cables.
Los equipos se centran particularmente en el papel de los actuadores. Estos son dispositivos que convierten la energía hidráulica generada centralmente en movimiento mecánico. Los desarrolladores de Liebherr en Lindenberg están trabajando arduamente para descubrir cómo este tipo de sistemas hidráulicos pueden ser reemplazados por sistemas electromecánicos o electrohidrostáticos en el futuro, que por ejemplo recibirán energía de un sistema central, electrohidráulico y pesado. Powerpac basado en corriente (corriente continua de 540 V).
"En E-Wing, estamos utilizando cinco bancos de prueba para probar y monitorear varias opciones para controlar actuadores, como los sistemas hidráulicos, electrohidráulicos y electromecánicos convencionales", explica Stefan Pufe. Los diversos diseños están conectados entre sí como demostradores y los ingenieros pueden simular cómo operarían realmente en la vida real. Esto está claro de ver en el modelo de un ala de avión. Aquí, los tres tipos de sistemas hidráulicos trabajan lado a lado. Los movimientos de las aletas del alerón se controlan desde el simulador de la cabina, lo que demuestra cómo ralentizan el avión después del aterrizaje.
El lago de Constanza ha sido históricamente un lugar favorito para los pioneros de la aviación. Aquí es donde los primeros Zeppelins salieron a los cielos a principios del siglo XX, así como los primeros aviones y aeronaves totalmente metálicos. Casi 100 años después, un equipo de 80 personas de Liebherr-Elektronik GmbH en Lindau (Alemania) está trabajando en nuevas innovaciones de aviación. Los ingenieros eléctricos, desarrolladores de software, ingenieros de máquinas e ingenieros de pruebas se centran en un componente esencial de la aeronave más eléctrica: la electrónica de potencia.
Esto incluye un "Power Pack" dorado. "El inversor está diseñado para la aviación eléctrica con potencia optimizada", explica el Dr.-Ing. Alfred Engler, Jefe de Tecnologías de Desarrollo en Liebherr-Elektronik GmbH. El inversor garantiza que se suministre corriente continua de alto voltaje (540 V) a los actuadores en los aerofoils y las unidades de control, al tiempo que abre posibilidades completamente nuevas para los sistemas de control climático de la aeronave. Las aeronaves convencionales usan corriente alterna de 115 voltios y 400 Hz como estándar.
En los laboratorios, los investigadores están probando si el nuevo equipo basado en corriente pesada funcionará según lo previsto en cualquier posible condición de vuelo. El inversor de potencia está expuesto a todo tipo de condiciones adversas, desde vibraciones y sacudidas intensas, hasta potentes ráfagas de aire y temperaturas de congelación, todo mientras se monitorea cuidadosamente. La seguridad es la máxima prioridad.
Toulouse, aquí, Nathalie Duquesne, Directora de Investigación y Tecnología de Liebherr Aerospace Toulouse SAS dirige el proyecto GETI (Dynamic Electrical and Thermal Management). El equipo de Liebherr está optimizando dos sistemas eléctricos principales para el sistema de control ambiental y la protección contra el hielo del ala. de aeronaves de vanguardia. El objetivo también es reducir el peso y el consumo de combustible de la aeronave más eléctrica para lograr reducciones significativas en las emisiones de CO2 y óxido de nitrógeno.
Para lograr esto, Nathalie Duquesne y su equipo han desarrollado una plataforma de prueba única llamada "GETI", que se basa en la visión global de los aviones más eléctricos y su energía no propulsora. "En GETI, podemos identificar a los principales consumidores de electricidad para los aviones más eléctricos del futuro", explica Duquesne.
El enfoque de la plataforma también ha estado en los modelos, que fueron desarrollados para reproducir los comportamientos eléctricos y térmicos de los diferentes sistemas. 'Todos nuestros esfuerzos para el avión eléctrico tienen lugar en colaboración entre los diferentes sitios. Por ejemplo, ya estamos probando productos de Lindau para los aviones más eléctricos, lo que significa que otras cargas de Lindenberg pueden introducirse fácilmente en este banco de pruebas '. Todas las piezas del rompecabezas, desde sistemas de ala de avión y electrónica de potencia,
`` Paralelamente, las campañas de pruebas de vuelo operadas en bancos de pruebas de vuelo ATR72 y A320 en 2016, que se centraron en sistemas eléctricos de control ambiental, han demostrado ser una solución competitiva para esta visión más eléctrica '', dice Nathalie Duquesne. Tanto las pruebas internas intensivas como las pruebas de vuelo validaron completamente la robustez y la estabilidad de los sistemas de presurización y aire acondicionado.
'Hemos diseñado un prometedor control ambiental eléctrico y arquitecturas de protección contra el hielo para el avión más eléctrico. El resultado es completamente satisfactorio. Ahora es el momento de optimizar aún más los componentes individuales y llevar el sistema a la madurez para futuras propuestas. El futuro de la aviación ha comenzado ', dice Nathalie. "Nosotros en Liebherr somos parte de eso".
Las aeronaves requieren grandes cantidades de potencia y energía para operar sus partes móviles y controlar su presión de aire y la presión de la cabina. Hasta ahora, esto generalmente se ha logrado utilizando sistemas hidráulicos o neumáticos. En el avión más eléctrico, estos sistemas serán cada vez más compatibles o incluso reemplazados por alternativas eléctricas. Por lo tanto, es útil obtener una comprensión más precisa primero de las fuentes de energía que se usan convencionalmente en la aviación.
Este término proviene de las palabras griegas para agua ('hidro') y tubería ('aulos'). El líquido hidráulico, generalmente un tipo especial de aceite mineral, utiliza presión y flujo de líquido para transferir energía y es capaz de generar niveles increíblemente altos de energía. Por ejemplo, las líneas hidráulicas son capaces de mover los perfiles aerodinámicos de un avión, que son del tamaño de puertas de granero, incluso cuando se enfrentan a vientos huracanados. El movimiento de la palanca de control activa el comando correspondiente a través de sensores. Las desventajas de la hidráulica son que los sistemas hidráulicos, que contienen líquido, son muy pesados. Instalar las líneas requiere mucha mano de obra, y el sistema debe estar listo para su uso en todo momento, por lo que está constantemente presurizado, lo que resulta en un gran consumo de combustible.
Con este método, el sistema hidráulico se controla mediante un impulso eléctrico y la presión hidráulica solo se produce localmente donde se necesita. Esto reduce la cantidad de tuberías requeridas y el volumen de líquido que se utiliza, lo que resulta en ahorros de costos significativos. Un actuador electrohidráulico, por ejemplo, también suministra los actuadores hidráulicos a través de un sistema hidráulico local, que es alimentado por su propia unidad de motor-bomba eléctrica.Neumática
El término neumática también proviene del griego (pneuma = viento) y se refiere al uso de presión de aire dentro de un sistema cerrado. En los aviones, el aire requerido se deriva de las etapas del compresor del motor. Esto se dirige a través de líneas y tuberías al sistema de control climático, donde la temperatura se controla mediante un complejo sistema de compresores y turbinas. La presión se ajusta de acuerdo con el nivel de vuelo, también conocido como la altitud de la cabina. El rango de presión de aire en un avión de pasajeros varía de aproximadamente 1,000 hPa a aproximadamente 200 hPa en altitudes de crucero de 33,000 pies y más. Durante el vuelo, las presiones de aire de no menos de 700 hPa se consideran cómodas para los pasajeros. Esto debe mantenerse durante toda la duración del vuelo.
Este proyecto ha recibido financiación de la Empresa Común Cleans Sky 2 en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea en virtud del acuerdo de subvención nº 807081. Los resultados de esta publicación representan solo la opinión del autor. La Empresa Común Clean Sky no es responsable del uso que pueda hacerse de la información contenida.
Este proyecto fue apoyado por el Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Energía de Alemania sobre la base de una decisión del Bundestag alemán.
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