¿Existen aviones híbridos eléctricos?

Hay aviones eléctricos experimentales. Algunos son lo suficientemente prometedores como para que terminen siendo útiles como entrenadores y pilotos privados de aviación general por amor a volar.

La electricidad de largo alcance no funcionará. El equivalente eléctrico de la ecuación de Breguet es R=L/D*E/W*n/g, donde E es energía almacenada y n es eficiencia propulsora. Para una aeronave L/D=20 100% eficiente que es 100% batería con una profundidad de ciclo de 250 Wh/kg, eso es 20*250*3600*1/9.8=1.8*10^6 metros, o 990 nmi. Este es el límite duro. Con un 80 % de accesorios eficientes y factores del mundo real, puede esperar entre 5 y 8 nmi por cada % del peso de despegue dedicado a las baterías.

Los aviones híbridos son, incluso sobre el papel, solo moderadamente interesantes. Acelerador de aeronaves en crucero a 45-75% para GA, 70-90% para jets pequeños y 80%-95% para aviones de fuselaje ancho de larga distancia. Esto se debe a que los motores se "autoaceleran" de alguna manera: la potencia y el consumo de combustible se reducen debido a la menor densidad del aire a medida que asciende.

Por lo tanto, los principales aviones de pasajeros no tienen nada que ganar con la adopción de un sistema híbrido, solo pueden reducir sus motores entre un 5 y un 10 % con un sistema híbrido. Esto es muy diferente de los automóviles, que tienen ciclos de trabajo tan bajos como 10%.

Y no hay start-stops ni frenado regenerativo para recuperar energía en vuelo. Más precisamente, los aviones ya usan frenado regenerativo: al levantar o desplegar flaps, la velocidad se cambia por sustentación. De modo que esa energía de frenado ya se está recolectando y almacenando como altitud (energía potencial).

Los aviones de hélice más pequeños podrían reemplazar hasta el 30% de su potencia, por lo que es menos cortante y seco. Sin embargo, cuando quieres acelerar a fondo, a menudo lo quieres por un tiempo, como en las subidas. La única manera de que un híbrido no enchufable ahorre energía es usar un motor más liviano/pequeño, y es difícil encogerse lo suficiente como para compensar el peso del sistema híbrido.

Un híbrido enchufable podría beneficiarse del menor costo de la electricidad frente al avgas, pero el combustible promedia menos de un tercio de los gastos de vuelo privado. La electricidad pura tiene la oportunidad de hacer que volar sea más accesible a través de la simplicidad. Sin combustible, motores muy simples y confiables, tiene sentido relajar las reglas, como se hace con los ultraligeros. Los híbridos tienen toda la complejidad de un avión con motor de pistón y algo más.

La ruta híbrida tiene sentido para los automóviles. Las únicas partes críticas para la seguridad de un automóvil son la dirección y los frenos. La potencia del motor es casi arbitraria, es bueno tener la mayoría del hardware, y existe la seguridad universal de detenerse. En un avión, las cosas deben funcionar. Dos sistemas que tienen que funcionar para volar con seguridad es una complicación y probablemente aumentará los costos.

Alternativamente, cualquiera de los sistemas necesita proporcionar empuje de despegue por sí mismo. Eso podría funcionar en la clase de 19 plazas, si las autoridades aceptan un propulsor monomotor híbrido "bimotor" como redundancia suficiente. Pero hay muchos "si" en esto.

En un escenario de peso cero, algunos aviones militares (cazas, navales) podrían beneficiarse de un sistema híbrido, ya que tienen un exceso de potencia como los automóviles. Ahí es donde la realidad golpea: para un rendimiento dado, los motores eléctricos son más ligeros que los motores de los automóviles, pero mucho más pesados ​​que los motores a reacción de los aviones. Como no son más ligeros, no hay nada que ganar.

Hay una serie de aviones pequeños (ultraligeros, categorías Light Sport) que funcionan con energía pura de la batería desde unos pocos minutos hasta (según recuerdo) casi una hora de vuelo propulsado; un par de estos son esencialmente planeadores de motor, por lo que pueden extender el tiempo total de vuelo a varias horas con un vuelo elevado.

Se han propuesto aeronaves híbridas más grandes, incluso en la clase de avión comercial regional: usarían jets o turbohélices pequeños y eficientes, adecuados para cruceros, aumentados por ventiladores con conductos eléctricos o hélices para el empuje de despegue, o alternativamente generadores de turbina de eje que impulsan puro -ventiladores de propulsión eléctrica, aumentados con baterías para potencia de despegue; el resultado sería, como con un automóvil híbrido, la capacidad de instalar un motor "demasiado pequeño" que quema mucho menos combustible y aún así obtener un rendimiento aceptable.

Hay una empresa llamada Bye Aerospace aquí en Colorado que recientemente celebró un exitoso primer vuelo de su prototipo "Sun Flyer", un entrenador de 2 asientos totalmente eléctrico. Creo que también están planeando una versión de 4 asientos. ¡Échales un vistazo!

En realidad, la NASA acaba de anunciar un nuevo programa X-plane. Si bien aún no han seleccionado un diseño, parece que un sistema híbrido-eléctrico es uno de los diseños que intentarán construir . Vea aquí . El objetivo del sistema híbrido en este caso no es tanto proporcionar un empuje adicional de un sistema eficiente, sino usar electricidad para transferir energía a donde se necesita para reducir la resistencia.