La elección de Sikorsky y Lockheed Martin de desarrollar un prototipo de tecnología híbrida de ala basculante representa un avance significativo para los aviones eVTOL. Nuestra experiencia en Dufour Aerospace nos permite afirmar esto, ya que hemos estado dedicados por muchos años al diseño, construcción y pruebas de aviones de ala basculante.
A continuación, expondremos algunas razones por las cuales consideramos acertada la decisión de Sikorsky de apostar por el ala basculante, incluyendo el vuelo estacionario, la transición, la eficiencia en crucero, la transición suave, la robustez, la escalabilidad y, por supuesto, la seguridad.
Concepto de ala basculante
A diferencia de los aviones de rotor basculante o hélice basculante, un ala basculante inclina toda el ala en lugar de solo las góndolas de la hélice. Aunque pueda parecer un detalle menor, en realidad marca una diferencia substancial.
Los aviones de ala basculante no son una novedad: fueron diseñados, construidos y ampliamente utilizados en las décadas de 1960 y 1970, en un momento en el que la propulsión distribuida y los avanzados sistemas de control electrónico no estaban disponibles. Ejemplos emblemáticos de esta primera generación de aviones de ala basculante son el estadounidense XC-142 y el canadiense CL-84.
Eficiencia en desplazamiento y transición
Los aviones de rotor basculante y hélice basculante experimentan una pérdida de empuje durante el despegue y el aterrizaje vertical debido a que el ala horizontal fija interrumpe el flujo de aire. Este fenómeno, conocido como "descarga", representa una desventaja para el avión hasta que alcanza una velocidad crítica.
Por el contrario, los aviones de ala basculante mantienen el ala alineada con el empuje de la hélice, minimizando la descarga y la resistencia. El flujo de aire energiza el ala, generando sustentación adicional tan pronto como el avión comienza a moverse.
Esta característica constituye una ventaja significativa en términos de potencia general y configuración de la aeronave.
Transiciones suaves con amplios márgenes de seguridad
La transición entre el vuelo estacionario y el vuelo hacia adelante, y viceversa, en muchas configuraciones VTOL es aerodinámicamente compleja y consume mucha energía. El diseño de ala basculante simplifica esta transición al girar completamente el ala hacia adelante, convirtiéndola de manera suave de una configuración vertical a una horizontal, sin alteraciones drásticas en el flujo de aire. No se produce un cambio entre un sistema de propulsión estacionario y uno de propulsión en crucero, como sucede en las configuraciones de elevación y empuje. Esto se traduce en transiciones más fluidas y suaves.
Dado que el ala proporciona sustentación en todo momento, los requerimientos de potencia para la transición son considerablemente menores que en cualquier otro concepto convertiplano, lo que resulta en una alta eficiencia. Además, existen amplios márgenes de potencia para el control y una amplia gama de maniobrabilidad en el vuelo, lo que se traduce directamente en un elevado nivel de seguridad en todo momento.
Efficiencia en modo crucero
Dado que un avión eVTOL pasa el 90% del tiempo en modo crucero, es fundamental que sea lo más eficiente posible en esa configuración. La eficiencia se logra con una configuración "limpia", es decir, con la menor resistencia posible. Algunas configuraciones de VTOL, como la de elevación y empuje, arrastran componentes que no contribuyen a la sustentación (como las hélices utilizadas solo en el vuelo estacionario) durante el vuelo en modo crucero. Estos componentes generan resistencia, lo que disminuye la eficiencia general. Cualquiera que haya pilotado una aeronave con hélices de velocidad fija conoce el impacto de esta resistencia. Por el contrario, el diseño de ala basculante es muy limpio en modo crucero, evitando este problema. De esta manera, el avión de ala basculante ofrece un largo alcance, ahorro de combustible y la capacidad de realizar operaciones VTOL.
Simplicidad mecánica y robustez
Las bisagras de los aviones VTOL son elementos críticos que representan posibles puntos débiles. Deben ser robustas y redundantes para mitigar el riesgo de fallas en vuelo y posibles cascadas de fallos.
Las bisagras críticas están diseñadas para soportar múltiples cargas y tolerar daños, evitando así cualquier punto único de fallo. Este principio de diseño, ampliamente utilizado en la aviación, se implementa, por ejemplo, en los mecanismos de compensación del estabilizador horizontal de todas las aeronaves comerciales (diseñados y certificados de manera similar a nuestro sistema de ala basculante).
La construcción de bisagras robustas implica un incremento de peso y requisitos de inspección. Por lo tanto, contar con una sola bisagra, como la presente en el ala basculante, en lugar de múltiples bisagras como en un diseño de hélice basculante, representa una ventaja.
Cualidades de manejo
Cuando se habla de seguridad, la atención se centra principalmente en la certificación de componentes. Se presta escasa atención a un aspecto igualmente crucial: el comportamiento de vuelo y los márgenes de control de la aeronave.
Fallas técnicas de los componentes rara vez provocan accidentes, ya que el 80% de los accidentes son causados por errores humanos, específicamente errores del piloto. Por este motivo, es esencial que los pilotos (y los sistemas de control de vuelo automatizados) dispongan de suficiente margen de control para reaccionar ante situaciones imprevistas.
Según la experiencia del director general de Dufour Aerospace, Thomas Pfammatter, con más de 30 años de experiencia en operaciones de helicópteros, disponer de amplios márgenes de control es fundamental para la seguridad.
En este contexto, los aviones de ala basculante destacan. Las hélices y el ala, completamente energizada con superficies de control aerodinámico, ofrecen un fuerte y directo control en los tres ejes. Además, la capacidad de ajustar el ala según las condiciones del viento proporciona un control redundante y transiciones suaves manteniendo la cabina nivelada.
Esto no es solo teoría: ha sido probado y validado por numerosos pilotos de prueba, militares en aeronaves CL-84 y XC-142, y por Dufour Aerospace en vuelos de prueba practicados casi a diario.
Escalabilidad
El comportamiento del aire varía según la escala. Lo que funciona para un dron multirrotor, un "brick volador", no necesariamente se adapta bien a aviones de mayores dimensiones. Mientras que los multirrotores, aviones de elevación y empuje, y de hélice basculante enfrentan desafíos para escalar, los aviones de ala basculante pueden ampliarse con comodidad. Esto ha sido demostrado por el XC-142 con más de 20 toneladas, gracias a la eficiencia del ala inflada.
Este aspecto hace que el concepto de ala basculante destaque por su capacidad única de cubrir una amplia variedad de aviones de transición a un costo razonable.
Conclusión
En Dufour Aerospace estamos plenamente conscientes de las ventajas de la configuración de ala basculante, gracias a nuestra amplia experiencia en la construcción y operación de aviones de este tipo. Por tanto, comprendemos los motivos que han llevado a Sikorsky a tomar esta decisión.
Además, han optado por una aproximación de energía híbrida en lugar de depender exclusivamente de baterías para el almacenamiento de energía. Aunque la propulsión eléctrica ofrece diversas ventajas, como la reducción de ruido y la redundancia, actualmente la tecnología de baterías aún no alcanza el nivel de energía específica proporcionado por los combustibles convencionales. La configuración de energía híbrida permitirá a Sikorsky combinar lo mejor de ambas tecnologías para lograr misiones de mayor alcance y una mayor versatilidad en operaciones, tal como lo hacemos en Dufour Aerospace.
Desde nuestro equipo en Dufour Aerospace, ¡felicitaciones a Sikorsky!