Em um dia frio de meados de dezembro, partes interessadas importantes se reuniram em um hangar da Daher em Tarbes, no sudoeste da França, para se despedir do demonstrador EcoPulse durante um evento de encerramento transmitido ao vivo.
O EcoPulse, um demonstrador de aeronave com propulsão híbrida distribuída, foi projetado e desenvolvido em conjunto pela Airbus, Daher e Safran. Líderes das três empresas estiveram no palco para compartilhar suas perspectivas sobre o programa, incluindo Jean-Baptiste Manchette, da Airbus, responsável pela Propulsão do Amanhã.
O ambiente no local estava repleto de entusiasmo, com cerca de 50 pessoas reunidas para assistir ao evento ao vivo, mais de cinco anos após o anúncio inicial do EcoPulse no Salão Internacional da Aeronáutica e do Espaço de Paris de 2019. Mas, antes de um mergulho nos resultados dos testes de voo, vale relembrar rapidamente o que o EcoPulse estava testando e os aspectos técnicos do design da aeronave.
O que era o EcoPulse?
O demonstrador EcoPulse era uma aeronave turboélice Daher TBM 900 modificada, que visava avaliar os benefícios potenciais da propulsão híbrida-elétrica distribuída, bem como a possibilidade de integrar certos blocos de tecnologia relacionados em futuras aeronaves.
Os sistemas de propulsão distribuída funcionam dividindo a produção de empuxo entre vários motores menores localizados ao longo das asas. Airbus, Daher e Safran acreditam que essa tecnologia pode melhorar o desempenho das aeronaves, especialmente em relação ao ruído da cabine e à economia de energia.
Para avaliar isso, os três parceiros dividiram o trabalho de desenvolvimento do demonstrador de acordo com suas áreas de especialização:
– A Safran foi responsável pelo desenvolvimento do sistema de propulsão híbrida-elétrica distribuída, incluindo as seis e-hélices montadas nas asas;
– A Airbus Defence and Space contribuiu com a bateria de alta densidade energética de 800 volts usada para alimentar o sistema de propulsão. Essa bateria era capaz de fornecer 350 quilowatts de eletricidade, permitindo alimentar todos os seis e-hélices em voo. A Airbus desenvolveu o sistema de computador de controle de voo e cuidou da integração aerodinâmica e acústica do sistema de propulsão distribuída;
– A Daher integrou as modificações da Airbus e da Safran na estrutura da aeronave e conduziu todos os testes de voo e de aeronavegabilidade.
Principais conclusões
A campanha de testes de voo durou oito meses, de novembro de 2023 a julho de 2024. Foram realizados 50 voos de teste, totalizando cerca de 100 horas de voo. Vários tipos de testes foram realizados durante os voos, examinando os efeitos do sistema de propulsão distribuída na aerodinâmica, eficiência, ruído e mais. Muitos dos resultados foram positivos.
Um salto na tecnologia de baterias
“A bateria é uma das partes-chave da hibridização, e a forma de dominar seu projeto, fabricação e certificação para voo é realmente importante para nós”, explicou Jean-Baptiste ao público no hangar em Tarbes.
A bateria de íon-lítio personalizada teve que ser projetada inteiramente pela Airbus Defence and Space, pois a tecnologia ainda não existe no mercado. A tecnologia padrão de baterias para aeronaves é focada em baterias de baixa voltagem e baixa densidade energética, usadas principalmente para ligar a unidade de potência auxiliar (APU) ou em emergências. Baterias maiores, como as usadas na indústria automotiva, são muito pesadas e volumosas para uso em aeronaves.
Christophe Robin, responsável pelo Design de Aeronaves da Daher, resumiu exatamente por que a bateria do EcoPulse é tão importante: “Normalmente, em uma aeronave leve, usamos uma bateria de 28 volts. Em uma aeronave comercial, usamos 115 volts CA como padrão. O que estamos usando aqui [no EcoPulse] são 800 volts [CC], e isso é uma história completamente diferente.”
E a história tem um final feliz. Os modelos de controle da bateria foram validados com sucesso durante os testes de voo, e o projeto EcoPulse provou que uma bateria com tal potência pode ser integrada com segurança em uma aeronave e voar sem comprometer os padrões de segurança.
Melhorias na aerodinâmica das asas
“Usar energia elétrica para entender o comportamento da asa e como poderíamos melhorar a sustentação e reduzir a distância de decolagem, usá-la na subida e no cruzeiro, esse foi o grande resultado”, explicou Jean-Baptiste.
Os resultados dos testes em túnel de vento realizados em 2021 foram confirmados durante os testes de voo. O EcoPulse demonstrou que o arrasto é reduzido no cruzeiro quando o empuxo é distribuído para fora, ou seja, quando o empuxo é aplicado principalmente às e-hélices localizadas mais próximos da ponta da asa do que à fuselagem. Isso resultou em ganhos de eficiência energética.
Testes inovadores de controle de voo
A trajetória de uma aeronave é normalmente controlada pelo piloto usando três sistemas primários: os ailerons (rolagem), o elevador (arfagem) e o leme (guinada). O EcoPulse testou um novo sistema de controle de voo inovador, que usava o empuxo assimétrico gerado pelas e-hélices para virar a aeronave para a direita ou esquerda (substituindo o leme) e inclinar a aeronave (no lugar dos ailerons).
As taxas de rolagem pretendidas foram alcançadas, e o da tripulação sobre a controlabilidade foi positivo.
Thibaud Brouze, um dos pilotos de testes experimentais da Daher para o EcoPulse, disse à plateia: “Foi realmente interessante voar com o sistema fly-by-wire e controlar a guinada e a rolagem por meio do computador de voo…foi muito legal pilotar essa aeronave incomum.”
Testes de redução e percepção de ruído
Campanhas de teste de ruído externo e interno foram realizadas no EcoPulse. Como as e-hélices giravam em velocidades diferentes para melhorar a aerodinâmica ou controlar o voo, o ruído que geravam poderia ser diferente dos aviões com hélices convencionais.
Os testes de ruído interno na cabine confirmaram que as mesmas tecnologias usadas em aeronaves com hélices clássicas também podem reduzir os níveis de decibéis na cabine de aeronaves com motores elétricos. Isso incluiu amortecedores acústicos, como absorvedores de vibração, e a sincronização das pás das e-hélices, onde a velocidade e a sincronização das pás são controladas.
Além disso, os dados obtidos dos testes de ruído externo em voo permitiram que as equipes fornecessem recomendações para reduzir a geração de sons irritantes desse sistema de propulsão único.
Melhorias nos modelos
Um gêmeo digital de toda a aeronave foi criado para prever o comportamento do EcoPulse. Isso incluiu submodelos para as diferentes tecnologias-chave, como o sistema de propulsão elétrica, a bateria e os controles de voo. Modelos das pás das e-hélices também foram incorporados a partir de testes em túnel de vento realizados em Filton.
Os dados de voo da campanha de testes foram integrados ao gêmeo digital, melhorando sua precisão. Isso será vital para o projeto de qualquer aeronave futura que incorpore essas tecnologias.
Planos futuros para voos híbridos-elétricos
Os resultados do EcoPulse terão um impacto real no design de aeronaves da Airbus no futuro.
“Esta campanha do EcoPulse nos permite avançar certas tecnologias híbridas-elétricas, como baterias de alta voltagem, e integrá-las em futuras aeronaves, helicópteros e soluções de mobilidade aérea”, disse Jean-Baptiste. “Com a propulsão elétrica distribuída, alcançamos nosso objetivo de modelar a física de voo e o gerenciamento de energia no nível da aeronave, elementos-chave para moldar a próxima geração de aeronaves.”
A colaboração entre os três líderes aeroespaciais envolvidos no projeto ainda não terminou: Daher e Safran estão unindo forças em um projeto conjunto, enquanto Airbus e Safran (por meio da participação de 50% da Safran na CFM International) estão trabalhando juntas para explorar a viabilidade de motores de fan (ventilador) aberto por meio do demonstrador RISE.
Segundo Jean-Baptiste, o benefício final de colaborações como essas é “testar coisas em voo, porque é onde se aprende muito”. Christophe Robin concorda: “As condições reais nunca mentem.”
Informações da Airbus
