Hacia el vehículo aéreo personal

Cuando a una persona le explicas que algún día podría llegar a usar vehículo aéreo como hoy en día usa el coche o la moto, se le suele iluminar la mirada. La idea resulta atractiva. Si la cultura motera defiende la libertad que proporciona una Harley-Davidson, imaginaos qué puede transmitir un Vehículo Aéreo Personal (PAV, en adelante).

Fue en 2003 cuando se sentaron las bases técnicas que definen un PAV tal y como se entiende hoy en día. Concretamente, la NASA lo define como:

  • Menos de 5 asientos.
  • Velocidad de crucero de 240–320 km/h.
  • Silencioso.
  • Cómodo.
  • Seguro.
  • Cualquier persona con una licencia de vuelo lo podrá pilotar.
  • Asequible, al igual que un viaje en coche o en avión (según distancia).
  • Apto para cualquier condición meteorológica.
  • Energéticamente eficiente.
  • Una autonomía de 1.300km
  • Capaz de aterrizar próximo al punto de destino, para lo cual se hace imprescindible la creación de pequeños aeropuertos comunitarios.

Yo añadiría “vuelo autónomo” a esta lista.

Para emocionarnos aún más, AirBus y Uber empiezan a proponer ideas como su aerotaxi, la Comisión Europea financia un proyecto para investigar en este ámbito, o la NASA propone el modelo Puffin (vídeo a continuación).

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Habrá alguno que piense que el diseño de un PAV es muy fácil: basta con hacer los célebres “drones” o UAVs en escala mayor; además, son aparatos que semanalmente nos dejan noticias sobre sus avances en tecnología. ¿Cómo a nadie se le ha ocurrido industrializar uno capaz de transportar a una persona, como mínimo? Vayamos por partes:

Para empezar, un multicóptero (puede tener distinto número de brazos, pero me centraré en el de cuatro) no es nada eficiente energéticamente. Un helicóptero lo es mucho más. En el cuadricóptero los motores tienden a tener grandes cambios de velocidad de rotación para lograr la estabilidad, y eso penaliza mucho el consumo energético de las baterías.

La razón principal para esos cambios bruscos en el régimen de los rotores es debido a la inestabilidad propia de todos los multicópteros, que obliga a corregir el manejo de estos UAVs continuamente con el mando o con un sistema de vuelo autónomo.

La fórmula de la energía cinética dice que 0.5mv2 e implica que cuesta cuatro veces más de energía mover el aire al doble de velocidad, que mover el doble de masa de aire a la misma velocidad. Es decir, a mayor diámetro de hélices, el aparato sería más eficiente. Pero por otro lado, se pierde mucha estabilidad (¿entendéis ahora por qué esta universidad ganó el reto Sikorsky?)

Por último, un PAV multicóptero tendría un gran problema de seguridad. Los fallos de rotor podrían desembocar en serios accidentes a no ser que se implementen sistemas fail-safe que permitan aterrizar suavemente el “vehículo” ante la pérdida de un motor.

La empresa E-Volo lo sigue intentando, y hace prototipos y conceptos de vehículos que se asemejan a un multicóptero+helicóptero. Sin embargo, se queda en eso, prototipos y conceptos.

Pero llegados a este punto, cabe preguntarse por qué los cuadricópteros tienen tanto éxito como modelo de drone si tiene tantas pegas. Es muy fácil: por su simplicidad. Construir un cuadro de cuatro brazos con un motor en cada punta y que ese aparato vuele, es muy sencillo. No hay que preocuparse apenas por el diseño, ni por los materiales para lograr que levante el vuelo. De hecho, se ven tutoriales de diseños de drones unidos con celo y un par de listones de madera.

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En resumidas cuentas, tiene mala pinta de que un posible modelo de PAV sea un cuadricóptero “más grande”. Siempre nos quedará el gadgetocóptero.

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5 Comentarios

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Estupendo art.
Nunca deja de sorprenderme la complejidad de la ciencia-tecnología.
Hace no mucho leí la explicación de la ventaja de los multicopteros o “drones” frente a los helicópteros, que es su simplicidad tanto constructiva como de pilotaje, y me preguntaba como es que aún no había multicópteros “personales” o sea, básicamente de mayor escala que los de “juguete” que son los que vemos.
Y hete aquí que tu art. me lo explica de manera que un ignorante como yo, en la materia, puede entenderlo razonablemente bien.
En resumen, si lo he entendido bien: si fuera “fácil y eficiente” hacer “drones” más grandes, ya se habrían hecho.

JavierJavier

Seguro que lo estoy entendiendo mal, pero aquí hay dos conceptos que me chocan.

Por un lado los multicópteros son inherentemente inestables. Por otro, a mayor diámetro de hélice, mayor inestabilidad. Entonces, si ambos factores llevan a inestabilidad, ¿qué es más estable? ¿Una sola hélice grande o varias más pequeñas?

Entiendo que tu conclusión es que es más estable una sola hélice grande (por eso los helicópteros suelen tener sólo una), sin embargo, mi experiencia con modelos a radiocontrol es precisamente la contraria, los helicópteros me han resultado mucho más difíciles de pilotar que los multicópteros.

Ya se que la escala no es lo mismo y que el software hace mucho, pero no se, me resulta extraño. Que hacer helicópteros sea más complicado que hacer multicópteros significa que es más complicado hacer que sean ESTABLES (que vuele es muy sencillo, basta con darle suficiente potencia). Y me resulta raro que a pequeña escala sea más estable una cosa y a gran escala otra.

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Pues básicamente, como dide el autor, por los cambios bruscos de régimen de giro de los multicópteros para mantener la estabilidad.
Cuanto más grandes sean las piezas que giran más difícil será hacerlas cambiar de velocidad para estabilizar la nave.

Alfonso

“Los fallos de rotor podrían desembocar en serios accidentes a no ser que se implementen sistemas fail-safe que permitan aterrizar suavemente el “vehículo” ante la pérdida de un motor.”

Este problema ya lo solucionó Juan de la CIerva: Se llama autorrotación

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