Un potente accionador piezoeléctrico para el tren de aterrizaje de los aviones
Un mayor número de sistemas de propulsión eléctrica en los aviones reduciría el peso, el consumo de combustible y las emisiones nocivas, lo cual beneficiaría al medio ambiente, además de a las compañías aéreas y a los consumidores. Los sistemas hidráulicos son los principales candidatos para ser sustituidos por componentes eléctricos. «Electrificar estos sistemas también reduce la contaminación, así como el tiempo y el dinero en el mantenimiento, ya que conllevan fugas de lubricantes», explica Alexandre Pages, coordinador del proyecto AUDACITY, financiado con fondos europeos. En el proyecto AUDACITY se diseñó el prototipo de un accionador piezoeléctrico compacto para futuras aplicaciones de bloqueo en sistemas de trenes de aterrizaje, con una potencia capaz de levantar 35 kg.
Accionadores
Los accionadores —o dicho de otro modo, los motores— son las partes de los sistemas mecánicos encargadas del movimiento.Los accionadores hidráulicos consiguen este objetivo convirtiendo la energía generada por los fluidos en energía mecánica. El equipo de AUDACITY estaba interesado en diseñar un accionador eléctrico responsable del pequeño mecanismo de cierre de los aviones que bloquea el tren de aterrizaje una vez colocado en su posición: hacia abajo para el aterrizaje o hacia arriba para el vuelo. El requisito técnico es lograr una masa con respecto a la potencia elevada, junto con un mecanismo de largo recorrido. «Nuestro planteamiento, implícito en el acrónimo del proyecto AUDACITY, era que los accionadores hidráulicos son potentes y eficientes, por lo que ya de por sí dan buenos resultados», añade Pages. La solución de AUDACITY se basó en la tecnología de accionadores piezoeléctricos. En este caso, la energía para accionar los componentes mecánicos procede de una carga eléctrica generada por la tensión mecánica. «Aunque este método piezoeléctrico no era nuevo, seguía presentando una serie de limitaciones, como la estabilidad térmica, la velocidad limitada, la gestión de la energía y unas interfaces de fricción deficientes. Hemos combinado las soluciones de cada problema para crear un demostrador», explica Pages.
Ganando impulso
El equipo trabajó con una serie de expertos (entre ellos Francesco Massi, catedrático de la Universidad de Roma) en tribología, la ciencia que estudia la fricción, de la Universidad (socia del proyecto). Poder gestionar la inevitable fricción que generan los accionadores resulta fundamental para garantizar su fiabilidad, sobre todo en los aviones, cuyos requisitos de seguridad son muy estrictos. El segundo requisito esencial del diseño era permitir micromovimientos (de 10 a 100 µm) que pudieran provocar desajustes termomecánicos y poner en peligro la fiabilidad del sistema. Para lograrlo, el equipo trabajó con otro socio, el Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología en Suiza. Por último, la electrónica tenía que proporcionar la energía necesaria. Para ello, el anfitrión del proyecto, CEDRAT TECHNOLOGIES, suministró una solución basada en un amplificador de conmutación, SA75D, que permitía una alta eficiencia de conversión piezoeléctrica. Dicha solución también puede recolectar energía entre las fases del motor piezoeléctrico, manteniendo el diseño compacto y ofreciendo un bajo consumo energético. «Los accionadores piezoeléctricos no suelen ser muy eficientes en comparación con otras soluciones convencionales. Para mover grandes cargamentos, se necesita una electrónica potente. Estoy convencido de que hemos diseñado el motor piezoeléctrico más potente del mundo. Hemos demostrado su capacidad para levantar 35 kg a 10 mm por segundo en una amplia gama de temperaturas, lo cual supone un gran avance», señala Pages.
Orientarse a otros mercados
El proyecto AUDACITY contribuye directamente al concepto de «aeronaves más eléctricas», así como a la iniciativa Clean Sky de la UE, ambas encaminadas a reducir el impacto ambiental de la industria de la aviación. Asimismo, el proyecto contribuye a impulsar la competitividad europea a lo largo de las cadenas de suministro que desarrollan las tecnologías necesarias. El accionador piezoeléctrico AUDACITY sigue siendo un prototipo inicial, que se ha probado con éxito en laboratorio para validar el diseño, pero aún es necesario fabricarlo y probarlo en entornos operativos, antes de que pueda comercializarse para los aviones. Mientras tanto, CEDRAT examina otras aplicaciones de la tecnología. «Ya estamos utilizando las tecnologías individuales en otros mercados, como el programa del reactor termonuclear experimental internacional para lograr energía a través de la fusión nuclear, y estamos estudiando telescopios extremadamente grandes en los que es necesario mover ópticas muy pesadas de forma precisa, lenta y fiable. Exactamente las especificaciones que logró AUDACITY», concluye Pages.
Palabras clave
AUDACITY, accionador, piezoeléctrico, avión, hidráulico, petróleo, contaminación, Clean Sky
