Investigadores del Laboratorio de Investigación del Ejército (ARL) del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate (DEVCOM) de Estados Unidos hicieron volar con éxito el VICTOR, un dron híbrido eléctrico con un motor rotativo de combustible pesado. El motor se desarrolló en poco tiempo gracias a la impresión 3D en metal, que permitió sacarle más rendimiento a un combustible militar más denso y menos volátil.
¿Qué tiene de difícil el combustible JP-8?
El combustible pesado que usa el dron, JP-8, es un derivado del queroseno más denso que el combustible de aviación corriente. Esa densidad sirve para reducir la carga total de combustible o para aumentar la autonomía. El JP-8 es parte de la iniciativa militar de hacer funcionar la mayor cantidad posible de equipos a combustión con una sola fuente de combustible.
El problema es que el JP-8 es menos volátil y más difícil de atomizar, así que cuesta llegar a la eficiencia máxima. Su punto de inflamación es de 140 °F (60 °C), contra los -40 °F (-40 °C) de la gasolina. Para encenderlo, el motor necesita una compresión mucho más alta, y por eso las fugas de presión son un problema habitual.
El uso de JP-8 en aviones y drones no es raro. Lo que buscaban los investigadores del ARL era optimizar el motor rotativo de combustible pesado para sacarle más rendimiento y mejorar su diseño. Usaron dinámica de fluidos computacional (CFD) y un diseño desde cero, lo que les permitió encontrar soluciones para obtener más del motor con menos.
La impresión 3D en metal
"El uso de manufactura avanzada, incluida la impresión 3D en metal, nos permitió rediseñar rápidamente los componentes del motor a partir de lo aprendido en la experimentación", dijo el Dr. Kweon, uno de los investigadores del ARL, a Army.mil.
Kweon explicó además que la impresión 3D les permitió diseñar un motor enfriado por aire y prescindir de un sistema de refrigeración líquida voluminoso, con lo que se redujo el tamaño del sistema de propulsión. Las iteraciones rápidas terminaron por mejorar la atomización del combustible y reducir las fugas de compresión.
Un motor que no mueve las hélices
El motor rotativo no impulsa directamente las hélices del dron. Su trabajo es hacer girar un motor generador de 400 V que produce la electricidad para los motores de las hélices. Así el motor de combustión gira de forma independiente a sus revoluciones óptimas, algo parecido a lo que hacen algunos autos eléctricos híbridos, con la diferencia de que aquí no existe ninguna conexión mecánica con las hélices.
El sistema podría incluir una batería para que el dron vuele con el motor apagado. El Ejército de Estados Unidos no ha entregado detalles sobre la configuración de baterías del VICTOR.
El VICTOR es una aeronave no tripulada de despegue y aterrizaje vertical (VTOL), capaz de volar sin pista. El Ejército publicó un video de su primer vuelo, en el que el dron aterriza y despega en terrenos donde una aeronave de dos alas sin capacidad VTOL no podría operar. Con un sistema de baterías, el dron podría cubrir grandes distancias con un solo llenado de estanque, y la refrigeración por aire le evita el mantenimiento de un circuito de refrigeración líquida.
