Ampaire potencia los viajes en avión con sistemas de alimentación eléctrica ecológicos y de alta eficiencia

La solución de alimentación modular de Vicor simplifica el diseño aeroespacial y reduce el plazo de comercialización

La creciente preocupación por las consecuencias del consumo de combustibles fósiles para el medio ambiente, la contaminación del aire y las emisiones en aumento de dióxido de carbono (CO₂) está impulsando en todo el mundo la demanda de vehículos eléctricos e híbridos. Esto viene a reconocer que la energía eléctrica es primordial para limitar la huella de carbono del transporte con automóvil.

El sector de las aerolíneas experimenta una evolución parecida y está analizando las ventajas en cuanto a coste y rendimiento de la aviación alimentada por electricidad que facilite una expansión significativa del mercado. Si se pueden reducir los costes de la infraestructura de los desplazamientos en avión será más factible llevar los viajes en avión a lugares desatendidos y remotos. La generalización de los servicios de “taxi aéreo” a corta distancia en un número cada vez mayor de aeropuertos regionales y puntos de conexión hará que el futuro del transporte aéreo será totalmente distinto a lo que es hoy.

Ampaire (con sede en la ciudad californiana de Hawthorne) se compromete a lograr que volar sea más accesible para más personas y desde más aeropuertos mediante el desarrollo de aviones eléctricos que sean más ecológico, menos costosos y más silenciosos.

Ampaire espera reducir en un 90% los costes del combustible, en un 50% el mantenimiento y en un 66% el ruido durante el despegue y el aterrizaje (si se compara con los aviones tradicionales basados en motores de combustión) con un avión completamente eléctrico y sin emisiones.

Ampaire estima que la adopción de la propulsión eléctrica podría multiplicar por 10 el número de destinos viables de las aerolíneas, que pasaría de 500 a 5000 aeropuertos solo en EE.UU., y el resto del mundo puede vivir una expansión parecida. Las personas que viven en zonas remotas verán muy facilitado su acceso al transporte aéreo regional y las aerolíneas regionales, que luchan por ser rentables debido a los altos costes operativos, estarán bien posicionadas para prosperar.

Alimentación más verde y limpia para los viajes en avión

Ampaire, que trabaja actualmente en la fase de prototipo, ha desarrollado una arquitectura de doble fuente para disponer de redundancia en los vuelos iniciales de prueba con el fin de evaluar y desarrollar técnicas que dividan la potencia y la carga de propulsión entre el combustible y las fuentes de energía eléctrica dependiendo de la carga, la velocidad de crucero y la ruta del vuelo.

El prototipo actual de Ampaire, un Cessna 337 Skymaster modificado, utiliza un propulsor convencional alimentado por un motor de combustión instalado en la parte trasera del avión y un propulsor eléctrico en la parte delantera, todo ello basado en una arquitectura híbrida en paralelo. Durante el vuelo, la energía puede ser compartida dinámicamente por ambos sistemas de propulsión para optimizar la velocidad, la potencia, el consumo de combustible y el ruido.

Se prevé que, en futuras fases de desarrollo, el motor de combustión se utilizará principalmente durante el despegue y el ascenso, mientras que el motor eléctrico servirá como mecanismo principal de propulsión a velocidad de crucero. A la larga se espera una continua innovación en ingeniería hasta disponer de un avión totalmente eléctrico para desplazamientos a corta distancia sin necesidad de petróleo ni emisiones de CO₂. Las innovaciones desarrolladas en paralelo ayudarán a reducir el tamaño y el peso de la batería; junto a las tecnologías de almacenamiento de energía proporcionarán una mayor eficiencia energética y vuelos a distancias más largas.

Los componentes de potencia de alta densidad son vitales para el desarrollo rápido de prototipos

El sistema de alimentación en el avión prototipo de Ampaire está constituido por un pack de baterías de alta tensión con un rango de 500 – 738V. Los sistemas de control y supervisión de los aviones suelen funcionar con una fuente de 28V, por lo que hacía falta un convertidor CC/CC capaz de funcionar con un amplio rango de entrada y una regulación precisa que suministraba 28V a la salida. La batería de alta tensión necesitaba aislamiento y los parámetros de carga requerían una potencia de hasta 500 W. El equipo de diseño de Ampaire también solicitó que la solución se caracterizara por su pequeño tamaño, alta eficiencia, y gestión térmica sencilla, que permitiera el desarrollo rápido del prototipo y un corto plazo de producción. El equipo de diseño tampoco quería recurrir a placas de circuitos para el convertidor de potencia.

Teniendo en cuenta estos requisitos, el equipo de ingeniería de Vicor recomendó que la conversión y la regulación se realizaran en dos etapas con el fin de optimizar la eficiencia y la densidad de potencia, así como de simplificar la gestión térmica. En la primera etapa, un convertidor de bus de relación fija (BCM®) aísla y reduce la alta tensión de la batería, y en la segunda etapa un convertidor CC/CC de baja tensión (DCM™) regula la salida del convertidor de bus hasta 28V. Para un nivel de potencia de 500W, y ante el firme deseo del equipo de Ampaire de no utilizar una placa de circuitos, se seleccionó el encapsulado VIA™ porque va montado sobre un chasis y ofrece unas excelentes propiedades térmicas. El encapsulado VIA incorpora filtrado, protección térmica y frente a sobretensiones, así como una interfaz PMBus® que simplifica el control del sistema de alimentación. Este enfoque modular aseguró el desarrollo rápido del prototipo y un corto plazo de producción para esta solución de alta integración.

Se optó por el BCM4414 VIA de muy alta tensión para la primera etapa y por el DCM3414 VIA para la segunda etapa. Ambos dispositivos se instalaron en una carcasa compacta de aluminio fundido del subsistema montada sobre un chasis y conectada térmicamente para disponer de refrigeración pasiva y protegerlo frente a los notables niveles de choque y vibración que caracterizan a las aplicaciones aeroespaciales. Los componentes BCM y DCM permiten disponer de una capacidad rápida y sencilla en paralelo que ayudará a los diseñadores de Ampaire a alcanzar unos niveles de potencia más altos en los futuros aviones.

Un enfoque modular y escalable que cumple los exigentes requisitos de la aviación

La modularidad y la escalabilidad de la solución modular de Vicor permitió a los ingenieros de Ampaire ofrecer unas ventajas clave en el diseño si se comparan con las voluminosas fuentes de alimentación convencionales en una caja plateada. Estas ventajas de la tecnología de potencia se complementan con la probada experiencia de Vicor en el suministro de calidad y fiabilidad de grado militar y aeroespacial. En un segmento tan regulado como la tecnología de aviación, esto ayuda a agilizar los ciclos de validación y certificación. Esta facilidad de certificación del componente será un gran activo durante la transición de Ampaire desde su actual arquitectura modificada de tipo híbrido a un sistema de propulsión totalmente eléctrico.

El futuro de los vuelos eléctricos

Ampaire es uno de los líderes en el mercado de la aviación eléctrica que han logrado poner en vuelo un avión que demuestra su viabilidad comercial. Está previsto que su prototipo realice pruebas con Mokulele Airlines (con sede en Hawái), que espera utilizar este avión de próxima generación en fase de producción comercial de Ampaire para vuelos cortos entre las islas del archipiélago. Se espera que el futuro avión de Ampaire ya en fase de producción transporte entre nueve y diecinueve pasajeros a lo largo de los 150 km que separan Honolulu y Kahului.

Los convertidores BCM VIA y DCM VIA de alta densidad de Vicor han ayudado a Ampaire a disponer de un sistema de alimentación de grado aeroespacial y alta eficiencia destinado a una nueva era de viajes y transporte más ecológicos en avión. Ampaire se prepara para el despegue y toda la industria de la aviación lo observa con mucha atención.