En la comedia animada de los años 60, The Jetsons, George Jetson viaja al trabajo en su automóvil volador tamaño familiar, que milagrosamente se transforma en un maletín al final del viaje.
Un nuevo estudio de los impactos ambientales de los autos voladores en la sostenibilidad, conocidos formalmente como aviones eléctricos de despegue y aterrizaje vertical, o VTOL, descubre que no serían adecuados para un viaje corto al estilo Jetsons.
Sin embargo, los VTOL, que combinan la conveniencia del despegue vertical y el aterrizaje como un helicóptero con el eficiente vuelo aerodinámico de un avión, podrían desempeñar un papel de nicho en la movilidad sostenible para viajes más largos, según el estudio, cuya publicación está programada para abril9 pulgadas Comunicaciones de la naturaleza . Varias empresas de todo el mundo están desarrollando prototipos VTOL.
Los autos voladores serían especialmente valiosos en ciudades congestionadas o en lugares donde existen restricciones geográficas, como parte de un servicio de taxi compartido, según los autores del estudio del Centro de Sistemas Sostenibles de la Universidad de Michigan y de Ford Motor Co.
"Para mí, fue muy sorprendente ver que los VTOL eran competitivos con respecto al uso de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero en ciertos escenarios", dijo Gregory Keoleian, autor principal del estudio y director del Centro de Sistemas Sostenibles de la Escuela de la UMpara Medio Ambiente y Sostenibilidad.
"Los VTOL con ocupación total podrían superar a los automóviles terrestres en viajes de San Francisco a San José o de Detroit a Cleveland, por ejemplo", dijo.
El estudio UM-Ford, la primera evaluación integral de sostenibilidad de los VTOL, analizó el uso de energía, las emisiones de gases de efecto invernadero y el ahorro de tiempo de los VTOL en comparación con los automóviles de pasajeros en tierra. Aunque los VTOL producen cero emisiones durante el vuelo, sus baterías requieren electricidadgenerado en plantas de energía.
Los investigadores encontraron que para viajes de 100 kilómetros 62 millas, un VTOL completamente cargado con un piloto y tres pasajeros tenían emisiones de gases de efecto invernadero más bajas que los automóviles con base en tierra con una ocupación promedio de vehículos de 1.54. Las emisiones vinculadas al VTOL fueron52 por ciento más bajo que los vehículos de gasolina y 6 por ciento más bajo que los vehículos eléctricos de batería.
Akshat Kasliwal, primer autor del estudio y estudiante graduado de la Escuela de Medio Ambiente y Sostenibilidad de la UM, dijo que los hallazgos pueden ayudar a guiar el despliegue sostenible de un sistema de movilidad emergente antes de su comercialización.
"Con estos VTOL, existe la oportunidad de alinear mutuamente la sostenibilidad y los casos comerciales", dijo Kasliwal. "No solo la alta ocupación de pasajeros es mejor para las emisiones, sino que también favorece la economía de los autos voladores. Además, los consumidores podrían ser incentivadospara compartir viajes, dado el importante ahorro de tiempo de volar versus conducir "
En las próximas décadas, el sector del transporte mundial enfrenta el desafío de satisfacer la creciente demanda de movilidad conveniente para los pasajeros al tiempo que reduce la congestión, mejora la seguridad y mitiga el cambio climático.
Los vehículos eléctricos y la conducción automática pueden contribuir a algunos de esos objetivos, pero están limitados por la congestión en las carreteras existentes. Los VTOL podrían superar algunas de esas limitaciones al habilitar los servicios de taxi piloto u otros servicios de viajes aéreos urbanos y regionales.
Varias corporaciones aeroespaciales y empresas de nueva creación - Airbus, Boeing, Joby Aviation y Lilium, por ejemplo - y agencias como la NASA han desarrollado prototipos VTOL. Un habilitador crítico de eficiencia para estos aviones es la propulsión eléctrica distribuida, o DEP, que implicael uso de varios pequeños propulsores accionados eléctricamente.
Los investigadores de UM y Ford utilizaron información disponible públicamente de estas fuentes y otras para crear un modelo basado en la física que calcule el uso de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero para los VTOL eléctricos.
"Nuestro modelo representa tendencias generales en el espacio VTOL y utiliza parámetros de múltiples estudios y diseños de aeronaves para especificar el peso, la relación de elevación a arrastre y la energía específica de la batería", dijo Noah Furbush, coautor del estudio y estudiante de maestríaen la Facultad de Ingeniería de la UM.
"Además, realizamos análisis de sensibilidad para explorar los límites de estos parámetros, junto con otros factores como la intensidad de carbono de la red y la velocidad del viento", dijo Furbush, que también es miembro del equipo de fútbol de la UM.
El estudio comenzó mientras Kasliwal y Furbush eran pasantes de verano en Ford. El trabajo continuó cuando los estudiantes regresaron a Ann Arbor, con la ayuda de una beca de la Alianza Ford-Universidad de Michigan.
Los investigadores analizaron el uso de energía primaria y las emisiones de gases de efecto invernadero durante las cinco fases del vuelo VTOL: vuelo de despegue, ascenso, crucero, descenso y aterrizaje. Estos aviones usan mucha energía durante el despegue y el ascenso, pero son relativamente eficientes durante la fase de crucero, viajando a 150 mph. Como resultado, los VTOL son más eficientes energéticamente en viajes largos, cuando la fase de crucero domina el total de millas de vuelo.
Pero para viajes más cortos, menos de 35 kilómetros 22 millas, los vehículos con motor de combustión interna de un solo ocupante usaron menos energía y produjeron menos emisiones de gases de efecto invernadero que los VTOL de un solo ocupante. Esa es una consideración importante porque el promedioel viaje en automóvil desde tierra es de solo 17 kilómetros 11 millas.
"Como resultado, los viajes donde los VTOL son más sostenibles que los autos de gasolina solo representan una pequeña fracción del total de millas anuales de vehículos recorridos en el suelo", dijo el coautor del estudio Jim Gawron, un estudiante graduado de la Escuela de la UMpara el Medio Ambiente y la Sostenibilidad y la Escuela de Negocios Ross. "En consecuencia, los VTOL estarán limitados en su contribución y papel en un sistema de movilidad sostenible".
Como era de esperar, el VTOL completó el viaje en el caso base de 100 kilómetros mucho más rápido que los vehículos terrestres. Una ruta de vuelo VTOL punto a punto, junto con velocidades más altas, resultó en un ahorro de tiempo de aproximadamente el 80 por ciento en relación con el suelobasados en vehículos.
"Se espera que la electrificación de los aviones, en general, cambie fundamentalmente la industria aeroespacial en el futuro cercano", dijo Furbush.
Los autores del estudio señalan que se deben abordar muchas otras preguntas para evaluar la viabilidad de los VTOL, incluidos el costo, el ruido y la aceptación social y del consumidor.
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Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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