Diseño de aeronaves avanzadas propulsadas por pilas de combustible de hidrógeno para el despliegue de una movilidad aérea sostenible y descarbonizada

2024

AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION

INV. COMPETITIVA PROYECTOS

Novella Rosa Ricardo

La Movilidad Aérea Avanzada o AAM, que engloba tanto la movilidad aérea urbana como la movilidad aérea regional, todo desde un enfoque de diseño sostenible, se presenta como una alternativa muy prometedora para el transporte de personas y mercancías. Aprovechando las nuevas oportunidades de electrificación, es posible llevar el transporte aéreo a nichos de mercado impensables hace unas décadas, lo que permitirá grandes desarrollos económicos y sociales. No obstante, el uso de exclusivo de baterías para alimentar aeronaves de propulsión eléctrica no es una vía clara o factible para multitud de misiones debido al prohibitivo peso y el reducido alcance y autonomía que se espera poder lograr con ellas. Utilizar hidrógeno verde para alimentar pilas de combustible con diversos niveles de hibridación es una solución prometedora, pero la tecnología no cuenta todavía con la madurez requerida. Además, los criterios y métodos de diseño actuales no están adaptados al desarrollo de aeronaves con propulsión eléctrica alimentados por pila de combustible. El proyecto AURORA pretende generar criterios y métodos para diseñar aeronaves para soluciones de AAM propulsadas por sistemas de pila de combustible, cubriendo esa brecha en el conocimiento que impide su implementación. En este proyecto no solo se plantearán esos criterios y métodos de diseño, sino que se evaluarán las soluciones desarrolladas haciendo uso de análisis de ciclo de vida, por lo que se podrá estudiar su viabilidad e impacto ambiental esperado. El proyecto AURORA se plantea desde un enfoque multidisciplinar ya que se analizarán las necesidades del incipiente mercado de las aeronaves para AAM, planteando múltiples misiones de referencia; se diseñarán soluciones óptimas de vehículo y sistema propulsivo para cada una de las misiones; se dimensionarán de forma óptima los elementos de la planta de potencia y del sistema de almacenamiento de energía para cada una de las misiones; se desarrollará una plataforma de simulación de vehículo virtual que pueda ser usada tanto en el diseño conceptual y preliminar como en la evaluación de las actuaciones en misión completa o la optimización del sistema de control; se realizarán análisis de ciclo de vida y se comparará con otras posibles soluciones como el uso exclusivo de baterías o la hibridación de motores de combustión. Para todo esto, será necesario contar con simulaciones de diverso nivel de fidelidad, desde modelos rápidos cero-dimensionales a avanzados cálculos tridimensionales de la interacción entre la planta propulsiva y la aeronave. Además, se realizarán ensayos experimentales, tanto aerodinámicos como de planta de potencia, para poder validar los modelos utilizados y los resultados obtenidos. Con todo esto, se espera contribuir al desarrollo de soluciones de movilidad sostenible, con un impacto muy positivo en sectores estratégicos a nivel español y europeo como son el de la industria aeronáutica y el uso del hidrógeno verde como vector energético. La propuesta se alinea así con las prioridades temáticas del Plan Estatal de Investigación Científica, Técnica y de Innovación 2021-2023 de "Clima, energía y movilidad" y "Mundo digital, industria, espacio y defensa". También con planteamientos estratégicos de asociaciones sectoriales, como la Plataforma Aeroespacial Española, en múltiples Líneas de Acción Tenológica de su Agenda Estratégica de Investigación, Desarrollo e Innovación en Aeronáutica 2019-2030.