Este estudiante comenzó su Tecnicatura en Diseño Industrial en ITM hace un tiempo. El taller familiar es un reputado sitio donde se atienden vehículos premium y de alta performance, además, ellos mismos han competido con singular suceso en cuarto de milla, por lo que son conocidos en el ambiente. Ahora llegó el turno de culminar sus estudios y cerró ese proceso presentando un vehículo aéreo híbrido para dos tripulantes.
Si bien Fede cursó sus estudios bajo la modalidad presencial, una prolongada pausa lo puso a las puertas del proyecto final haciendo propuestas y correcciones del mismo en modo online. Así nos describe su proyecto:
Cuadricóptero City Hopper
Con este proyecto se buscó diseñar un vehículo de transporte aéreo para cubrir distancias medias a cortas, con el fin de reducir los tiempos de traslado en ciudades de mucha densidad de población y tráfico. Por este motivo las ideas comenzaron por una aeronave de condiciones similares a las de un helicóptero, para poder lograr un despegue y aterrizaje vertical sin necesidades de largas pistas de aterrizaje o grandes espacios despejados. El helicóptero propiamente se descartó por el alto consumo de combustible que representa, lo que deriva en costos de viajes altísimos como para considerarlo un transporte rentable para contratación de servicio; desde aquí surge la idea de la propulsión eléctrica.
La propulsión 100% eléctrica para una aeronave de pasajeros, de estas características, implica usar unos motores muy grandes, con un pack de baterías también pesado y grande, lo que rompería la relación peso/potencia/dimensiones necesarias.
A partir de aquí, el único camino a explorar es el sistema hibrido. Comencé por ideas que utilizaban solo 2 rotores:
Estas ideas fueron descartadas ya que, las dimensiones de los rotores que se necesitaban para poder lograr un comportamiento correcto eran inmensas. A partir de estas situaciones, fue que 4 motores eléctricos de alta potencia para distribuir pesos, baterías individuales para cada motor y un pequeño motor de combustión interna acoplado a un generador fue el camino elegido, y de ahí, comenzó el camino del quadcopter.
El quadcopter nos permite achicar el largo total de la aeronave al no ser necesaria una “cola” extendida con rotor para girar. Sus movimientos y comportamiento en vuelo es igual al de los drones. En las primeras ideas se fueron probando distintas configuraciones de posiciones de rotores y volúmenes de cabinas. El volumen general de cabina era chico, y dificultosamente podían estar cómodos dos pasajeros, de esta manera se comenzó a incrementar el espacio de habitáculo y por ende todo el volumen general.
Con estas correcciones se comenzó a ver lo que pronto seria el producto final. Con el producto encaminado, se empezaron a pulir detalles, mejorar la aerodinamia general, los accesos al habitáculo, y la estética en general para poder así, lograr un muy buen producto.
Dimensiones generales
Como el objetivo era lograr acceder a techos de edificios, estacionamientos descubiertos, playones, y otros espacios aptos para el aterrizaje de la aeronave, las medidas son conservadoras. El largo total de la aeronave es de 5,5 metros y su ancho total es de 4,60 metros. La altura de la aeronave sin sus brazos de rotores ni apoyos a suelo es de 1,40 metros, su ancho es 1,5 metros y su largo 3,4 metros. El despeje del piso, provisto por sus apoyos, es de 45 centímetros. En el habitáculo o cabina, el largo total es de 2 metros, con un ancho de 1,5 metros y una altura de 1,40 metros.
Layout y ubicación de componentes
Comenzando de abajo hacia arriba, el contacto con el suelo lo hacen dos apoyos o esquís, que salen del cuerpo principal de la aeronave, dispuestos uno en la sección delantera y otro en la sección trasera del vehículo. Desde el frente, lo primero que ubicamos es la cabina o cockpit, en ella se encuentra la central multimedia (muestra toda la información de vuelo, y los distintas interacciones o entretenimientos para el usuario), las butacas o asientos y los controles de vuelo. Por detrás de la cabina, se encuentra el compartimiento motor, en el cual, como su nombre lo indica, se encuentra el motor de combustión interna acoplado al generador para mantener y regenerar las baterías. En la sección inferior trasera encontramos el tanque de combustible.
Sobre la sección del tanque esta el compartimiento de carga, destinado a valijas o bolsos de mayor tamaño que no quepan en el cockpit. En la sección superior, de donde salen los brazos de rotores, esta el compartimiento donde se almacena un paracaídas de emergencia. Los brazos de rotores llevan dentro de cada uno, un pack de baterías que alimentan los motores eléctricos individualmente. En los extremos de los brazos encontramos los rotores, los mismos poseen los motores eléctricos de doble eje, ya que se utilizan hélices contrarrotantes en cada motor.
Cuerpo y estructura principal del vehículo
Con el fin de lograr una estructura solida de bajo peso, el casco principal de vehículo es un monovolumen, integrado a los brazos de rotores, fabricado en materiales compuestos como son fibra de carbono o PRFV (plástico reforzado en fibra de vidrio). De esta manera se logra una rigidez total, sin puntos de anclaje entre secciones, evitando el uso de una estructura tipo chasis con partes que lo recubren. El parabrisas del cockpit es de plexiglás, un material liviano y fuerte, lo que permite una clara visión y a su vez, acoplado a la carrocería, otorga la robustez necesaria para terminar de integrar el frente o nariz de la aeronave al cuerpo. En ambos lados del cockpit se encuentran las puertas de acceso al mismo.
En la parte central encontramos rejillas de ventilación para el motor, y las mismas son las aperturas para servicio y mantenimiento de dicho motor. En la sección trasera se ubica la puerta de acceso al compartimiento de carga y en uno de los laterales traseros el puerto de carga de combustible.
Sistema de Propulsión
Como ya se hablo en la introducción, el sistema de propulsión de la aeronave es híbrido, es decir, combina un motor combustión interna con motores eléctricos. La aeronave no utiliza el sistema eléctrico individualmente al de combustión o viceversa, los utiliza de manera conjunta, ya que, el motor de combustión es el encargado de mantener estable la energía en las baterías y en caso de mayor exigencia, regenerarlas luego de haber experimentado la descarga.
El motor de combustión es de tipo estacionario, trabajando a bajas RPM y casi constantes, para de esta manera mantener el consumo de combustible bajo. El mismo está acoplado a un generador con la capacidad suficiente para mantener las baterías. Las baterías ubicadas en los brazos de rotores tienen la capacidad suficiente para operar los motores eléctricos de manera continua mientras esté en funcionamiento el motor de combustión. Los motores eléctricos ubicados en los extremos de los brazos presentan doble eje, uno contrarrotante al otro, para poder utilizar hélices del mismo tipo e incrementar la fuerza/potencia de estas.
Cockpit
El acceso al mismo es lateral, en ambos lados, con puertas de buen tamaño para poder subir sin inconvenientes. Los apoyabrazos laterales se encuentras en las butacas y son móviles de manera que no interfieran al subir. La habitabilidad de interior es cómoda, sin excesos de espacios, para mantener un volumen mediano de aeronave. La seguridad esta provista por cinturones de 4 puntas para cada butaca.
En el interior, los instrumentos de vuelo y la información multimedia se encuentran en un monitor ubicado en el frente de la nave, en la parte inferior para no interferir la visión. El comando de vuelo está en la consola central entre las butacas, para permitir el control de la aeronave ya sea estando sentado en la butaca izquierda como en la derecha. En la misma consola se encuentran los comandos para encendido y exploraciones multimedia.
Sistemas de seguridad y emergencia
Si el motor de combustión falla, las baterías permiten varios minutos de vuelo para poder aterrizar en algún lugar cercano. En caso de falla critica estando en vuelo, de la sección central superior, de donde salen los brazos a los rotores, se despliega pirotécnicamente un paracaídas para así lograr un descenso a tierra suave.
Carga y equipaje
Los espacios destinados a equipaje o carga son 2: El primero es una pequeña cajonera ubicada debajo de las butacas para guardar objetos o bolsos de mano. El segundo está pensado para poder llevar una valija o bolsos grandes, y se ubica fuera del habitáculo en la parte trasera de la nave con su propia puerta de acceso.
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