La gestión térmica impresa en 3D ayuda a la aviación pionera en emisiones cero
Conflux utiliza la fabricación aditiva para producir un sistema de refrigeración ligero para un avión eléctrico de hidrógeno de despegue vertical
"Estamos encantados de trabajar con Conflux, cuya reputación en entregas a la velocidad de la Fórmula 1, combinada con la certificación de calidad y fabricación AS9100D, será fundamental para que Vertiia se convierta en el primer VTOL de hidrógeno con capacidad para pasajeros de largo alcance del mundo"
Simon Coburn | Hydrogen Systems Lead | AMSL Aero
Conflux Technology ha colaborado con el fabricante aeronáutico australiano AMSL Aero en el desarrollo de una solución de refrigeración personalizada para Vertiia, un avión de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) propulsado por hidrógeno. Esta solución de refrigeración está fabricada con la tecnología de intercambiador de calor impreso en 3D patentada por Conflux, que permite una gestión térmica eficaz y ligera del sistema de pila de combustible de hidrógeno para esta innovadora aeronave de emisiones cero.
Diseñado para volar hasta 1.000 kilómetros (621 millas), Vertiia supera los límites de lo que puede hacer la aviación eléctrica. A diferencia de los aviones eléctricos convencionales, limitados por la capacidad de las baterías, Vertiia utiliza pilas de combustible de hidrógeno, que generan electricidad sin emitir CO₂. Pero la energía generada por las pilas de combustible de hidrógeno genera un calor considerable, especialmente durante maniobras de alto consumo energético como el despegue y el vuelo estacionario, lo que exige un nuevo enfoque para diseñar y fabricar un sistema de refrigeración avanzado.
Desafío
Diseño de un sistema de refrigeración compacto y de alto rendimiento para un avión eléctrico de hidrógeno
Las pilas de combustible de hidrógeno ofrecen enormes ventajas para la aviación de emisiones cero, una innovación pionera en el mercado emergente de la movilidad aérea avanzada. Para Vertiia, las pilas de combustible deben mantenerse siempre dentro de unos límites de temperatura precisos durante fases críticas como el despegue, el vuelo y el aterrizaje. Cualquier sobrecalentamiento podría comprometer la eficiencia o la seguridad del sistema.
Los sistemas de refrigeración tradicionales añaden volumen y peso, algo inaceptable en un avión en el que cada gramo cuenta. El reto: crear una solución de refrigeración ligera, compacta y con gran capacidad de respuesta que se integrara a la perfección en la geometría de la aeronave y funcionara bajo cargas térmicas muy dinámicas.
Esto es crucial durante el vuelo vertical, en el que las pilas de combustible de hidrógeno experimentan elevadas cargas térmicas transitorias y rápidos cambios de temperatura.
Solución
Fabricación aditiva con impresión 3D metálica EOS y diseño de intercambiador de calor patentado por Conflux
Conflux Technology, innovador mundial de sistemas térmicos impresos en 3D, aprovechó su experiencia en los deportes de motor y la industria aeroespacial para ofrecer a Vertiia una nueva generación de intercambiadores de calor de alto rendimiento.
La dinámica de fluidos computacional (CFD) guió el proceso de diseño inicial, simulando la transferencia de calor en condiciones de vuelo reales. Estos intercambiadores de calor no solo se han optimizado para mejorar el rendimiento, sino que se han construido para soportar los exigentes ciclos térmicos y las limitaciones espaciales del despegue vertical y el vuelo sostenido.
Este enfoque permite una transferencia térmica muy eficiente al tiempo que minimiza el volumen y el peso, algo esencial para la aviación. También permite una rápida iteración: en la primera fase de desarrollo, Conflux produjo tres novedosos conceptos de intercambiadores de calor adaptados a las necesidades de la arquitectura de las pilas de combustible.
Los tres diseños utilizan sistemas de fusión de lecho de polvo por láser (LPBF) de EOS y material de aluminio AlSi10Mg de EOS, lo que produce un intercambiador de calor ultracompacto de paredes finas con alta densidad de superficie y geometrías internas optimizadas para fluidos.
Resultados
Un sistema de refrigeración ligero y de alto rendimiento para el primer avión VTOL eléctrico de hidrógeno de largo alcance del mundo
La colaboración entre AMSL Aero y Conflux ya ha dado resultados tangibles. En la primera fase, se entregaron tres diseños de intercambiadores de calor, que demuestran la capacidad de gestionar el calor durante la elevación vertical y las transiciones rápidas de potencia. Estos componentes son compactos, de alto rendimiento y están adaptados con precisión para su integración en la arquitectura de Vertiia.
El programa ha pasado ahora a la segunda fase: la integración a nivel de sistema y las pruebas de un prototipo a escala real dentro de la cadena cinemática propiamente dicha. Esto validará el rendimiento en condiciones reales, garantizando que las pilas de combustible puedan mantener la temperatura y la eficiencia óptimas a lo largo de un perfil de vuelo completo.
El papel de Conflux en el proyecto supone otro paso adelante en la aplicación de la fabricación aditiva a los retos aeroespaciales, más allá de la propulsión, para abarcar sistemas más amplios de gestión de la energía.
"Las pilas de combustible de hidrógeno representan una tecnología transformadora en la búsqueda australiana de soluciones energéticas sostenibles. Estamos orgullosos de incorporar nuestra tecnología de intercambio de calor para mejorar la eficiencia y el rendimiento de las pilas de combustible de hidrógeno de Vertiia"
Michael Fuller | CEO | Conflux Technology
"Nuestra asociación con Conflux Technology es un magnífico ejemplo del ecosistema de fabricantes y desarrolladores avanzados con los que estamos trabajando para construir aquí en Australia a través de nuestro enfoque de codesarrollo. En Vertiia estamos construyendo un avión eléctrico de hidrógeno que vuela distancias récord a velocidades de Fórmula 1, por lo que Conflux, con su historial de innovación en el automovilismo y la aviación, es un gran socio para nosotros"
Adriano Di Pietro | CEO | AMSL Aero.
Gracias a la combinación de las ventajas de la fabricación aditiva avanzada y la ingeniería de gestión térmica de alto rendimiento, esta asociación está contribuyendo a crear un futuro más limpio y eficiente para la aviación.
