Taxis aéreos: ¿Pueden soluciones materiales innovadoras permitir un despegue rápido?
Los avances tecnológicos pueden abordar tres factores clave de éxito de cara a la comercialización de los eVTOL (vehículos eléctricos de despegue y aterrizaje verticales, a menudo denominados "taxis aéreos"). Entre el futuro y el presente hay un mundo en transición.
En los últimos años, la industria del transporte ha experimentado un creciente interés e inversión en el desarrollo de taxis aéreos interurbanos e intraurbanos, o vehículos eVTOL. Hoy en día, existen más de 250 proyectos de este tipo en todo el mundo, que incluyen tanto empresas emergentes como empresas consolidadas. El desafío subyacente asociado con la mayoría de los proyectos es encontrar los materiales o la combinación adecuados para comercializar con éxito los eVTOL.

Desafío 1: Equilibrio entre rendimiento y peso
El equilibrio entre rendimiento y peso total es un gran desafío para los vehículos eVTOL. Por ejemplo, actualmente dependen de la tecnología de baterías para obtener energía, pero este motor puede pesar hasta 500 kg por aeronave. La propulsión totalmente eléctrica presenta desafíos únicos en términos de potencia y autonomía. Cuanto más pesado es el vehículo, más energía consume, por lo que la reducción de peso es fundamental, al tiempo que se garantiza un rendimiento estable de la batería.

Maximizar la relación potencia-peso es una preocupación común en la industria aeroespacial. El aligeramiento ha sido un tema perenne en la industria de la aviación desde que emprendimos el vuelo a principios del siglo XX. Y Victrex ha estado abordando problemas de aligeramiento con soluciones aeroespaciales basadas en PEEK y PAEK durante más de 25 años. Las soluciones de polímeros VICTREX™ PEEK y PAEK se utilizan principalmente en soluciones de reemplazo de metal para aplicaciones aeroespaciales, siendo un 40% más livianas y cinco veces más fuertes que el metal. Es en parte esta combinación de alta resistencia y bajo peso lo que ha llevado a que más de 20.000 aviones comerciales en servicio utilicen algún tipo de polímeros de alto rendimiento. ¡Y por una buena razón! Produce piezas con excelentes propiedades mecánicas, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, aislamiento térmico y acústico. Además, ayudan a reducir el peso en comparación con el metal.

Desafío 2: Reducir el ruido del motor
Para que los taxis aéreos se conviertan en un medio de transporte popular, la comodidad de la cabina es un “imprescindible”. Por lo tanto, el ruido del motor también es un factor importante. Los pasajeros quieren un viaje más silencioso. Para solucionar este problema, debemos aprender de otras industrias. La industria automotriz es un buen ejemplo. La necesidad de reducir o ajustar el tamaño de los motores los ha vuelto “más ruidosos” y la industria está trabajando arduamente para abordar estos problemas de NVH (ruido, vibración y aspereza).

Victrex ha demostrado que los engranajes de polímero PEEK pueden reducir el ruido en aplicaciones de motor en un 50 % (3 dB). El peso y el momento de inercia también se reducen significativamente cuando se utilizan engranajes VICTREX HPG™ en comparación con los engranajes de hierro fundido, en un 68 % y un 78 % respectivamente. Otros posibles beneficios incluyen una resistencia específica (resistencia por unidad de peso) y una resistencia a la corrosión considerablemente mayores en comparación con el uso de metal.

Sin embargo, reemplazar los engranajes de metal por engranajes de PEEK también requiere experiencia en diseño de engranajes. Varios fabricantes globales, incluido un importante fabricante de automóviles, han considerado nuestros productos para su uso en sistemas completos, no solo en engranajes. Ahora que los primeros engranajes Victrex HPG están en la carretera, tal vez con el tiempo también "ocupen" espacio sobre calles congestionadas.

Hablando de viajes cómodos, quizás valga la pena mencionar que los aviones comerciales que vuelan hoy en día utilizan aislamiento de manta acústica térmica (TAB) y barreras anti-quemaduras hechas de película PEEK APTIV™ para aislar los compartimentos de pasajeros y mejorar la experiencia de los pasajeros.

Desafío 3: Optimización de costos y velocidad de producción
Estamos considerando soluciones de materiales compuestos livianos para los elementos estructurales de los vehículos eléctricos de despegue y aterrizaje vertical. Existen dos opciones de matriz polimérica: termoestables y termoplásticos.

Los materiales termoendurecibles requieren tiempos de producción relativamente largos, deben almacenarse en entornos con temperatura controlada y baja temperatura, y tienen una vida útil limitada.

Por el contrario, los productos compuestos termoplásticos basados en polímeros PEEK y PAEK de alto rendimiento tienen pesos similares a los termoestables, pero ofrecen otras ventajas, entre ellas:

Producción más rápida

Se requiere menos infraestructura para la fabricación

Reciclable

No se utilizan disolventes y

Mayor vida útil

Estos posibles beneficios están empezando a resonar en toda la cadena de suministro. Recientemente, el desarrollador de taxis aéreos Jaunt Air Mobility anunció una asociación con Triumph Group para desarrollar piezas basadas en compuestos termoplásticos para su programa eVTOL.

La combinación perfecta de rendimiento y eficiencia.
Los compuestos termoplásticos combinan excelentes propiedades materiales con eficiencia de fabricación, lo que se demuestra mejor en VICTREX AE™ 250, que puede ayudar a la industria de eVTOL a equilibrar los requisitos de costo y volumen. VICTREX AE 250 es un compuesto termoplástico en cinta unidireccional (UDT). Es único entre los compuestos termoplásticos debido a su temperatura de fusión más baja. Su punto de fusión es de 303 °C, mientras que el punto de fusión del PEEK es de 343 °C; sin embargo, su temperatura de transición vítrea es de 147 °C en lugar de 143 °C; y la cristalinidad es típicamente del 25-30 %, similar al PEEK.

Un método de procesamiento conocido para las cintas UD es el proceso de colocación de fibra automatizada, que se utiliza para crear piezas compuestas mediante la multiplicación y el apilamiento de capas de cinta UD en un proceso automatizado, lo que evita las operaciones manuales exigentes y que consumen mucho tiempo. Recientemente, Victrex publicó los resultados de un estudio conjunto con Coriolis que demostró cómo se pueden lograr velocidades de laminado de 60 m/min (de dos a seis veces más rápidas que la tecnología termoplástica convencional) y se están acercando a las velocidades de los termoestables.