Cielo limpio

La Empresa Común Clean Sky (CSJU) es una asociación público-privada entre la Comisión Europea y la industria aeronáutica europea que coordina y financia actividades de investigación para fabricar aeronaves significativamente más silenciosas y respetuosas con el medio ambiente. ^{[1] [2]} La CSJU gestiona el Programa Clean Sky (CS) y el Programa Clean Sky 2 (CS2), lo que la convierte en el organismo de investigación aeronáutica más importante de Europa.

La aeronáutica se caracteriza por su capacidad de innovar y de cambiar la vida de millones de personas, pero también por la complejidad de sus equipos y sistemas, que hace que los ciclos de investigación y desarrollo (el tiempo que tarda una idea en pasar de la mesa de dibujo al mercado) sean muy largos, normalmente de entre 20 y 30 años. El riesgo asociado a las inversiones a gran escala que se requieren para impulsar el progreso tecnológico es muy alto. Paralelamente, el impacto medioambiental de la industria representa actualmente el 3% de las emisiones de carbono de origen humano a nivel mundial y se prevé que aumente sustancialmente en los próximos años, ya que las sociedades modernas exigen una mejor conexión entre las personas, los países y las regiones. Al coordinar las actividades de investigación de la industria, la CSJU desarrolla nuevas tecnologías que de otro modo quedarían fuera del alcance del riesgo manejable del sector privado: proporciona la financiación necesaria para desarrollar e introducir innovaciones en plazos que de otro modo serían inalcanzables.

Como tal, la CSJU pretende ser el organismo que contribuya principalmente a la consecución de los objetivos medioambientales para el sector fijados para 2020 por el Consejo Asesor para la Investigación Aeronáutica en Europa (ACARE). Estos objetivos son:

• Una reducción del 50% en las emisiones de dióxido de carbono (CO ₂ ).
• Una reducción del 80% en las emisiones de óxidos de nitrógeno mononuclear ( NO _x ).
• Una reducción de ruido para aviones en vuelo del 50%.
• Mitigar el impacto ambiental del ciclo de vida de las aeronaves y productos relacionados. (1)

El Consejo de Administración de la CSJU, formado por representantes de la industria y de la Comisión, identifica áreas estratégicas en las que la investigación y la innovación son esenciales. A continuación, se lanzan "convocatorias de propuestas" en función de las necesidades cambiantes de la industria. Las pequeñas y medianas empresas (PYME), los líderes industriales, las universidades y las organizaciones de investigación profesional responden a las convocatorias con planes detallados de actividades de investigación y un resumen de la financiación que necesitarán para desarrollar sus nuevas tecnologías. Para garantizar una asignación eficiente de los recursos, las solicitudes son evaluadas por un panel de expertos externos independientes que asesoran a la CSJU sobre las propuestas con el mejor potencial. Las propuestas ganadoras reciben financiación y otro tipo de apoyo de la CSJU. El Programa Clean Sky inicial, que se desarrolla desde 2008 hasta 2016, tiene un presupuesto de 1.600 millones de euros. La mitad de este presupuesto fue proporcionado por el Programa Marco de Investigación e Innovación de la Comisión Europea, Paquete 7, y la otra mitad fue proporcionada por contribuciones financieras y en especie de los líderes de la industria.

Las áreas estratégicas en las que la investigación y la innovación son esenciales se denominan Demostradores Integrados de Tecnología (DTI). Hay seis, cada uno de ellos codirigido por dos líderes de la industria que se comprometen durante toda la duración del programa:

Green Regional Aircraft (GRA): Codirigido por Airbus y Alenia , este proyecto de investigación y desarrollo se centra en aeronaves pequeñas y de bajo peso.

Aeronaves de ala fija inteligentes (SFWA, por sus siglas en inglés): codirigido por Airbus y SAAB . Este ITD se centra en las tecnologías y configuraciones de las alas de los aviones de gran tamaño y los jets comerciales.

Green Rotorcraft (GRC): Codirigido por AgustaWestland y Airbus Helicopters . Este proyecto de investigación y desarrollo tecnológico se centra en palas de rotor innovadoras, la integración de tecnología de motores diésel y sistemas eléctricos avanzados para la eliminación de fluidos hidráulicos nocivos.

Motores sostenibles y ecológicos (SAGE): codirigido por Rolls-Royce y Safran , este ITD se centra en configuraciones novedosas, como rotores abiertos e intercoolers.

Sistemas para operaciones ecológicas (SGO): codirigido por Liebherr y Thales . Este ITD se centra en equipos eléctricos para aeronaves, arquitecturas de sistemas, gestión térmica y capacidades para trayectorias más ecológicas.

Ecodiseño (ED): Codirigido por Dassault Aviation y Fraunhofer Gesellschaft , este ITD se centra en mitigar el impacto ambiental del diseño, la producción, la retirada y el reciclaje de aeronaves mediante la optimización del uso de materiales y energía.

Como complemento de los seis ITD se encuentra el Evaluador de Tecnología (TE). Una vez que las nuevas tecnologías se han desarrollado e integrado en un modelo de prueba o avión, el TE evalúa las mejoras medioambientales realizando actividades de demostración y vuelos de prueba y comparando los resultados con aviones que no han sido equipados con las nuevas tecnologías. La diferencia en combustible ahorrado, ruido emitido, etc. es el grado de éxito de la tecnología.

En 2008, Safran lanzó un proyecto de demostración de rotor abierto en el marco del programa, con una financiación de 65 millones de euros durante ocho años: en 2015 se montó un demostrador y se probó en tierra en mayo de 2017 en su plataforma de pruebas al aire libre en Istres , con el objetivo de reducir el consumo de combustible y las emisiones _{de CO2} asociadas en un 30% en comparación con los turbofán CFM56 actuales . ^[3]

El Breakthrough Laminar Aircraft Demonstrator in Europe (BLADE) es un proyecto de Airbus en el marco del cual se realizarán pruebas de vuelo de secciones de ala de flujo laminar experimentales en un A340 a partir de septiembre de 2017. ^[4]

Otros ejemplos de hardware que se han desarrollado con el apoyo de Clean Sky incluyen:

• Pala de rotor abierto: Pala destinada a los motores que impulsan los aviones de pasillo único que entrarán en servicio entre 2025 y 2030.
• Demostrador de morro inclinado : este demostrador es el primer modelo de vanguardia de un avión regional para mejorar el rendimiento de alta sustentación. El demostrador de morro inclinado está pensado como una plataforma tecnológica que permite capacidades de transformación completas, un sistema de protección contra el hielo basado en nanotubos de carbono (CNT) integrado, fibras ópticas (OF ) para la medición de la tensión, sensores de temperatura, actuadores de parche interno basados ​​en SMA ( aleación con memoria de forma ) y chorros sintéticos (SJ ) para el control activo del flujo.
• Modelo de Motor de Alta Compresión: Una nueva tecnología para ofrecer una alternativa sostenible al clásico motor de turbina, reduciendo tanto el consumo de combustible como las emisiones.
• Costilla de introducción de carga compuesta de flap inteligente: Costilla de introducción de carga compuesta a escala real de un flap inteligente para una aplicación de avión comercial DAV desarrollado con tecnología de fabricación por moldeo por transferencia de resina. Esta costilla de introducción de carga, que involucra las principales partes estructurales de un flap, demuestra el potencial de los flaps compuestos de bajo costo, bajo peso y baja complejidad.
• Actuador HEMAS: actuador electromecánico de rotor principal tolerante a fallos que incluye un embrague de seguridad. El sistema HEMAS permite arquitecturas de helicópteros más eléctricas y sin hidráulica.
• Inyector de combustible: Un inyector de combustible antiguo de la tecnología de Rolls-Royce para el programa de combustión pobre Clean Sky SAGE 6. ^[5]
• H1 Parte 6: Rueda de ventilador de titanio : Nueva generación de ruedas de ventilador ligeras y respetuosas con el medio ambiente de una unidad de refrigeración por aire fabricadas mediante tecnología de fabricación aditiva SLM que proporcionan una ruta alternativa a las metodologías convencionales (mecanizado de barras).
• Prototipo de flap de dos compartimentos adaptable: Estructura inteligente que permite la adaptación a la curvatura de un segmento de flap del ala.
• Sistema PRIMARIO de detección de hielo en vuelo: Detecta de forma segura la presencia de condiciones atmosféricas que podrían favorecer la acumulación de hielo en las superficies aerodinámicas de una aeronave.
• Módulo de potencia electrónico: un convertidor de potencia inteligente modular con gestión de energía flexible para aeronaves eléctricas.
• Controlador de potencia de estado sólido mejorado con capacidad de corte de voltaje de alta frecuencia para la implementación de la estrategia de gestión de energía eléctrica: el peso total del generador se puede reducir hasta en un 10% debido a la eliminación de la sobrecarga de capacidad de 5 minutos.
• Toma de aire ECS con protección electrotérmica integrada contra el hielo y tecnología de atenuación acústica. Probada en el túnel de viento GKN Icing en 2011.
• Relleno de anillo: el relleno de anillo compuesto se encuentra entre las aspas del ventilador y dirige la corriente de aire para garantizar una eficiencia óptima de las aspas del ventilador.
• Cojín de asiento de PU verde (reposacabezas): Reposacabezas de un sistema de cojín de asiento de tres partes. Espuma de poliuretano flexible de base biológica con un 22 % de peso sin retardante de llama .
• Demostrador de borde de ataque de transformación continua: diseño de un sistema de actuación que podría deformar un borde de ataque de transformación continua sin problemas.
• Componente compuesto de góndola fabricado con un proceso de infusión de resina líquida y curado en una herramienta de calentamiento: Pieza compuesta de góndola fabricada con resina epoxi y fibra de carbono mediante infusión de resina líquida en una herramienta de calentamiento.

Tras el éxito del Programa Clean Sky inicial, en 2014 se puso en marcha su sucesor, Clean Sky 2, ^{[6] (2) como parte del Programa de Investigación e Innovación} Horizonte 2020 de la Comisión . Clean Sky 2 pretende ser el principal contribuyente a los objetivos Flightpath 2050 de la Comisión establecidos por ACARE, que son más ambiciosos que los del Programa Clean Sky inicial.

Estos objetivos son:

• Una reducción del 75% en las emisiones de dióxido de carbono (CO ₂ ).
• Una reducción del 90% en óxidos de nitrógeno mono ( NO _x ).
• Una reducción del ruido de los aviones en vuelo del 65%.
• Mitigar el impacto ambiental del ciclo de vida de las aeronaves y productos relacionados mediante el diseño y la fabricación de aeronaves que sean reciclables.(3)

Clean Sky 2 también contribuirá a mantener el liderazgo mundial en la aeronáutica europea. Por ello, Clean Sky 2 requerirá un mayor número de miembros, un mayor presupuesto y una actividad de investigación en una gama más amplia de áreas.

Dentro del programa, a principios de 2020 se probará un sistema pasivo de protección contra el hielo en una maqueta de entrada y góndola de motor en un túnel de viento helado en de:Rail Tec Arsenal en Austria, utilizando fuerzas capilares generadas por vaporización en una "mecha" porosa metálica en un evaporador para proporcionar transferencia de calor sin partes móviles a un condensador , como en aplicaciones espaciales, reduciendo el peso y los requisitos de energía. ^[7]

En el marco de Clean Sky 2, la UE financia dos helicópteros de alta velocidad : el helicóptero compuesto RACER de Airbus y el rotor basculante civil de próxima generación Leonardo (NGCTR). ^[8]

En 2016, la ONERA francesa , la DLR alemana y la TU Delft / NLR holandesa fueron contratadas para evaluar 35 configuraciones radicales para reemplazar los diseños de aviones de pasajeros convencionales a partir de 2035, cumpliendo con los requisitos del Airbus A320 : 150 pasajeros, una velocidad de crucero de Mach 0,78 y 1200 millas náuticas (2200 km) de alcance. TU Delft y NLR presentaron su estudio de propulsión híbrida-eléctrica distribuida (DHEP) en el marco del proyecto Novair en la conferencia AIAA SciTech de enero de 2019, habiendo seleccionado tres configuraciones más probables: ^[9]

• HS1, un turbofán híbrido paralelo potenciado para despegue y ascenso;
• HS2, un concepto híbrido en serie con hélices distribuidas a lo largo del borde de ataque del ala impulsadas por turbogeneradores ;
• HS3, un híbrido en serie con turbogeneradores que alimentan ventiladores canalizados distribuidos sobre los flaps del ala y la cola reemplazada por dos hélices canalizadas.

Suponiendo paquetes de baterías de 500 Wh/kg , alcanzables pero más allá de las aplicaciones automotrices o industriales, la masa de propulsión se disparó al 600% para HS2 y al 730% para HS3, impulsando todas las demás masas y terminando consumiendo un 34% más de energía para HS3 y un 51% para HS2, mientras que HS1 mostró un consumo de energía un 10% mejor. ^[9]

En 2022, el Scaled Flight Demonstrator  [fr] , un modelo de un Airbus A320 a escala 1/8,5 construido como parte del programa de investigación Clean Sky 2, realizó una campaña de pruebas. Puede utilizarse tanto en túneles de viento como en pruebas de vuelo, y tiene como objetivo validar el uso de modelos a escala para reducir la brecha entre las simulaciones numéricas y las pruebas de vuelo a escala real. ^[10]

Para reducir en un 80% las emisiones _de CO2 del transporte aéreo en 2050, Clean Sky 3 necesitaría una planificación inversa: debido a la esperanza de vida de las aeronaves, las tecnologías necesarias tendrían que entrar en servicio en 2030-35 y deberían demostrarse en 2025-27. El presupuesto de la UE para 2021-27 debería votarse a finales de 2019 y la asignación detallada en 2020, y el programa de investigación e innovación Horizonte Europa podría incluir Clean Sky 3 a partir del 1 de enero de 2021, en el mejor de los casos. ^[11]

El 23 de marzo de 2022, Clean Aviation , el sucesor de los programas Clean Sky 1 y 2, abrió su primera convocatoria de propuestas con 735 millones de euros de financiación durante 36 meses para aviones de hidrógeno , aviones eléctricos híbridos , aviones de corto y medio alcance , tecnologías «transversales» y coordinación y apoyo. ^[12] La investigación sobre hidrógeno recibe 182 millones de euros, incluidos 115 millones para la combustión directa con un turbohélice de 5.000 shp (3.670 kW) y un turbofán de 20.000 lb de empuje (89 kN) , 50 millones para pilas de combustible , 10 millones para almacenamiento y 7 millones para «tecnologías disruptivas a corto plazo». Las presentaciones están abiertas hasta el 23 de junio, y los resultados se anuncian en septiembre y las subvenciones se conceden en diciembre. ^[12] La segunda fase se lanzará en 2025 y alcanzará una financiación total de 1.700 millones de euros, con el objetivo de que las tecnologías desarrolladas entren en servicio en 2035. ^[12] Las empresas del Reino Unido podrían ser elegibles si el país está asociado al programa Horizonte Europa. ^[12]

• Tres plataformas innovadoras de demostración de aeronaves (IADP) para grandes aeronaves de pasajeros, aeronaves regionales y helicópteros rápidos, que desarrollan y prueban demostradores de vuelo a nivel de aeronave/vehículo completo;
• Tres demostradores de tecnología integrada (ITD), que analizan la estructura del avión, los motores y los sistemas, utilizando demostradores a nivel de sistema integrado principal;
• Dos Actividades Transversales (Transporte Aéreo Pequeño, Ecodiseño), integrando el conocimiento de diferentes ITD e IADP para aplicaciones específicas y permitiendo explotar sinergias entre diferentes plataformas a través de proyectos y resultados compartidos;
• El Evaluador de Tecnología (ET), que monitorea y evalúa el impacto ambiental y social de las tecnologías desarrolladas en los IADP y los ITD.

• Empresa Común Cielo Limpio
• Consejo Asesor de Investigación Aeronáutica en Europa (ACARE)
• Paquete marco 7 Programa de investigación e innovación
• Programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Comisión Europea