Aviones eléctricos

El uso de electricidad para la propulsión de aeronaves se experimentó por primera vez durante el desarrollo del dirigible a finales del siglo XIX. El 8 de octubre de 1883, Gaston Tissandier voló el primer dirigible propulsado eléctricamente. ^{[ 9 ] : 292 [ 10 ]} Al año siguiente, Charles Renard y Arthur Krebs volaron La France con un motor más potente. ^{[ 9 ] : 306} Incluso con la capacidad de elevación de un dirigible, los pesados ​​acumuladores necesarios para almacenar la electricidad limitaban severamente la velocidad y el alcance de esos primeros dirigibles.

Se espera que los dirigibles totalmente eléctricos estén disponibles para la década de 2030. ^{[ 11 ]}

En 1909, se afirmó que un modelo eléctrico de vuelo libre había volado durante ocho minutos, pero esta afirmación ha sido cuestionada por el constructor del primer vuelo registrado de un modelo de avión eléctrico radiocontrolado en 1957. ^{[ 12 ]} La densidad de potencia para el vuelo eléctrico era problemática incluso para modelos pequeños.

Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) Pathfinder, Pathfinder Plus , Centurion y Helios de la NASA fueron una serie de vehículos aéreos no tripulados (UAV) propulsados ​​por sistemas de energía solar y de celdas de combustible, desarrollados por AeroVironment , Inc. desde 1983 hasta 2003 bajo el programa de Tecnología de Sensores y Aeronaves de Investigación Ambiental de la NASA . ^{[ 13 ] [ 14 ]} El 11 de septiembre de 1995, Pathfinder estableció un récord de altitud no oficial para aeronaves de energía solar de 50 000 pies (15 000 m) durante un vuelo de 12 horas desde el Centro Dryden de la NASA . Después de modificaciones adicionales, la aeronave fue trasladada a la Instalación de Pruebas de Misiles del Pacífico (PMRF) de la Armada de los EE. UU. en la isla hawaiana de Kauai . El 7 de julio de 1997, Pathfinder elevó el récord de altitud para aeronaves de energía solar a 71 530 pies (21 800 m) , que también fue el récord para aeronaves de hélice. ^{[ 13 ]}  

El 6 de agosto de 1998, Pathfinder Plus elevó el récord nacional de altitud a 80 201 pies (24 445 m) para aeronaves de energía solar y de hélice. ^{[ 13 ] [ 15 ]} 

El 14 de agosto de 2001, Helios estableció un récord de altitud de 29.524 metros (96.863 pies) , el récord para la clase U de la FAI (tecnologías experimentales/nuevas) y la clase U-1.d de la FAI (UAV controlado remotamente con una masa entre 500 y 2.500 kg (1.100 y 5.500 lb) ), así como el récord de altitud para aeronaves impulsadas por hélice. ^{[ 16 ]} El 26 de junio de 2003, el prototipo de Helios se desintegró y cayó al Océano Pacífico frente a Hawái después de que la aeronave encontrara turbulencias, lo que puso fin al programa.   

En 2005, AC Propulsion voló un avión no tripulado llamado "SoLong" durante 48 horas sin escalas, impulsado completamente por energía solar. Este fue el primer vuelo continuo de este tipo, utilizando la energía almacenada en las baterías instaladas en la aeronave. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

El QinetiQ Zephyr es un vehículo aéreo no tripulado (UAV) ligero alimentado por energía solar. Al 23 de julio de 2010, ostentaba el récord de resistencia para un vehículo aéreo no tripulado de más de 2 semanas (336 horas). ^{[ 19 ]} Está construido con polímero reforzado con fibra de carbono ; la versión de 2010 pesaba 50 kg (110 lb) ^{[ 20 ]} (la versión de 2008 pesaba 30 kg (66 lb) ) con una envergadura de 22,5 m (74 ft) ^{[ 20 ]} (la versión de 2008 tenía una envergadura de 18 m (59 ft) ). Durante el día utiliza la luz solar para cargar baterías de litio-azufre , que alimentan la aeronave por la noche. ^{[ 21 ]} En julio de 2010, un Zephyr realizó un vuelo de resistencia para UAV que batió el récord mundial con una duración de 336 horas, 22 minutos y 8 segundos (más de dos semanas) y también estableció un récord de altitud de 70 742 pies (21 562 m) para la clase U-1.c de la FAI (UAV controlado remotamente con un peso entre 50 y 500 kg (110 y 1100 lb) ). ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}           

Para un dispositivo con cable, como una plataforma de observación aérea, es posible suministrar energía a través del cable. En un intento por crear una solución más práctica que los engorrosos globos que se utilizaban entonces, el helicóptero eléctrico austrohúngaro Petróczy-Kármán-Žurovec PKZ-1 realizó su primer vuelo en 1917. Contaba con un motor eléctrico de 190 hp (140 kW) de potencia continua, especialmente diseñado y fabricado por Austro-Daimler , que se alimentaba mediante un cable conectado a un generador de CC en tierra. Sin embargo, los motores eléctricos aún no eran lo suficientemente potentes para este tipo de aplicaciones y el motor se quemó tras solo unos pocos vuelos. ^{[ 25 ]}  

En 1964, William C. Brown de Raytheon voló un helicóptero modelo que recibía toda la energía necesaria para el vuelo mediante transmisión de energía por microondas . ^{[ 26 ]}

El primer rotor basculante totalmente eléctrico a gran escala del mundo fue el demostrador tecnológico de vehículos aéreos no tripulados AgustaWestland Project Zero , que realizó vuelos no tripulados con cable en tierra en junio de 2011, menos de seis meses después de que la empresa diera la aprobación oficial. ^{[ 27 ]}

El primer helicóptero eléctrico de vuelo libre fue el Solution F/Chretien Helicopter , desarrollado por Pascal Chretien en Venelles, Francia. Pasó del concepto de diseño asistido por computadora el 10 de septiembre de 2010 al primer vuelo en agosto de 2011, en menos de un año. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

En septiembre de 2016, Martine Rothblatt y Tier1 Engineering probaron con éxito un helicóptero eléctrico. El vuelo de cinco minutos alcanzó una altitud de 400 pies (120 m) con una velocidad máxima de 80 nudos (150 km/h) . El helicóptero Robinson R44 fue modificado con dos motores síncronos de imanes permanentes trifásicos YASA , con un peso de 45 kg (100 lb) , además de 11 baterías de polímero de litio de Brammo con un peso de 500 kg (1100 lb) . ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]} Posteriormente voló durante 20 minutos en 2016. ^{[ 33 ]} El 7 de diciembre de 2018, Tier 1 Engineering voló un R44 eléctrico, alimentado por batería, más de 30 millas náuticas (56 km) a 80 nudos (150 km/h) y una altitud de 800 pies (240 m) , estableciendo un récord mundial Guinness por la mayor distancia. ^{[ 34 ]}            

En junio de 2017, Airbus presentó su CityAirbus , un demostrador de aeronave VTOL de propulsión eléctrica . ^{[ 35 ]} La aeronave multirrotor está diseñada para transportar cuatro pasajeros, con un piloto inicialmente, y para convertirse en autopilotada cuando las regulaciones lo permitan. ^{[ 35 ]} Su primer vuelo no tripulado estaba programado para finales de 2018, y los vuelos tripulados se planificaron para 2019. ^{[ 36 ]} La certificación de tipo y la introducción comercial están previstas para 2023. ^{[ 37 ]}

Ingenuity , el pequeño sistema aéreo no tripulado (sUAS) de la NASA que voló en Marte en 2021 para convertirse en la primera aeronave extraterrestre, tiene un único par de rotores coaxiales . El módulo de aterrizaje Dragonfly debería ser la segunda aeronave y helicóptero en operar en un objeto astronómico distinto de la Tierra. Debería comenzar a volar en la atmósfera de Titán alrededor de 2034. Se incorporan capacidades VTOL para mover el módulo de aterrizaje y sus sensores a diversas ubicaciones más alejadas del lugar de aterrizaje. ^{[ 38 ]}

El 21 de octubre de 1973, el Militky MB-E1, un motoplaneador Brditschka HB-3 convertido por Fred Militky y pilotado por Heino Brditschka, voló durante 9 minutos desde Linz en Austria: la primera aeronave eléctrica en volar por su propia potencia con una persona a bordo, alimentada por baterías de níquel-cadmio (NiCad). ^{[ 39 ] [ 40 ]} Las baterías NiCad tienen una mayor densidad de energía que las baterías de plomo-ácido , necesarias para alimentar una aeronave más pesada que el aire .

Tras un exitoso vuelo impulsado por energía humana , un premio Kremer relanzado permitió a la tripulación almacenar energía antes del despegue. ^{[ 41 ]} En la década de 1980, varios diseños similares almacenaban electricidad generada al pedalear, entre ellos el MIT Monarch y el Aerovironment Bionic Bat. ^{[ 42 ]}

El proyecto FCD (demostrador de celda de combustible), liderado por Boeing , utiliza un motovelero Diamond HK-36 Super Dimona como banco de pruebas de investigación para un avión ligero propulsado por celda de combustible de hidrógeno. ^{[ 43 ]} Los vuelos exitosos tuvieron lugar en febrero y marzo de 2008. ^{[ 43 ] [ 44 ]}

La Comisión Europea ha financiado numerosos proyectos de bajo nivel de madurez tecnológica (TRL) para aeronaves innovadoras de propulsión eléctrica o híbrida. El proyecto ENFICA-FC, impulsado por la Comisión Europea , tiene como objetivo estudiar y demostrar una aeronave totalmente eléctrica con pilas de combustible como sistema de propulsión principal o auxiliar. Durante los tres años que duró el proyecto, se diseñó un sistema de propulsión basado en pilas de combustible que realizó su primer vuelo en una aeronave ultraligera Rapid 200FC el 20 de mayo de 2010. ^{[ 45 ]}

El primer Desafío de Vuelo Verde de la NASA tuvo lugar en 2011 y fue ganado por un Pipistrel Taurus G4 el 3 de octubre de 2011. ^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]}

En 2013, Chip Yates demostró que el avión eléctrico más rápido del mundo, un Long ESA (un Rutan Long-EZ modificado ), podía superar a un Cessna de gasolina y a otras aeronaves en una serie de pruebas verificadas por la Federación Aeronáutica Internacional . Se descubrió que el Long ESA era menos costoso, tenía una mayor velocidad máxima y una mayor tasa de ascenso, en parte debido a la capacidad de la aeronave para mantener el rendimiento en altitud, ya que la baja densidad del aire no afecta el rendimiento del motor. ^{[ 49 ] [ 50 ]}

En 2017, Siemens utilizó un avión acrobático Extra EA-300 modificado , el 330LE, para establecer dos nuevos récords: el 23 de marzo en el aeródromo Dinslaken Schwarze Heide en Alemania, la aeronave alcanzó una velocidad máxima de alrededor de 340 km/h (180 nudos) en 3 km (1,6 millas náuticas) y al día siguiente, se convirtió en la primera aeronave eléctrica remolcadora de planeadores . ^{[ 51 ]}    

La NASA estaba desarrollando el X-57 Maxwell para demostrar tecnología que redujera el consumo de combustible, las emisiones y el ruido, pero el programa se canceló debido a problemas con el sistema de propulsión. ^{[ 52 ]} Modificado a partir de un Tecnam P2006T , el X-57 tendrá 14 motores eléctricos que impulsarán hélices montadas en los bordes de ataque de las alas. ^{[ 53 ]} En julio de 2017, Scaled Composites está modificando un primer P2006T reemplazando los motores de pistón con motores eléctricos, para volar a principios de 2018, luego moverá los motores a las puntas de las alas para aumentar la eficiencia propulsora y finalmente instalará el ala de alta relación de aspecto con 12 hélices más pequeñas. ^{[ 54 ]}

La empresa emergente estadounidense/británica ZeroAvia desarrolla sistemas de propulsión de pilas de combustible de cero emisiones para aeronaves pequeñas y prueba su HyFlyer en Orkney con el apoyo de 2,7 millones de libras esterlinas del gobierno del Reino Unido. ^{[ 55 ]}

Bajo la dirección de Freddie To, arquitecto y miembro del comité del premio Kremer , el Solar One fue diseñado por David Williams y producido por Solar-Powered Aircraft Developments. Se trataba de una aeronave tipo motoplaneador, originalmente construida como un avión a pedales para intentar cruzar el Canal de la Mancha, utilizando un motor eléctrico alimentado por baterías que se cargaban antes del vuelo mediante un conjunto de células solares en el ala. ^{[ 56 ]} El primer vuelo del Solar One tuvo lugar en el aeródromo de Lasham , Hampshire, el 19 de diciembre de 1978. ^{[ 57 ]}

El 29 de abril de 1979, el Mauro Solar Riser se convirtió en el segundo avión tripulado propulsado por energía solar en volar. Sus células fotovoltaicas proporcionaban 350 W (0,47 hp) a 30 voltios y cargaban una pequeña batería que alimentaba el motor. Tras una carga de 1,5 horas, la batería podía alimentar el avión durante 3 a 5 minutos para alcanzar una altitud de planeo. ^{[ 58 ]} Esto se produjo tras una exitosa prueba de modelo en 1974, coincidiendo con el desarrollo de las células solares y el de las baterías de níquel-cadmio.  

El MacCready Gossamer Penguin realizó su primer vuelo con un piloto a bordo en 1980.

El MacCready Solar Challenger realizó su primer vuelo en 1980, y en 1981 voló 163 millas desde el aeródromo de Pontoise, al norte de París, hasta la base de la Real Fuerza Aérea de Manston , en Manston , Inglaterra, permaneciendo en el aire durante 5 horas y 23 minutos, con el piloto Stephen Ptacek a los mandos.

El Solair 1, pilotado por humanos y desarrollado por Günther Rochelt, voló en 1983 con un rendimiento notablemente mejorado. ^{[ 59 ] [ 60 ]} Empleaba 2499 células solares montadas en las alas. ^{[ 59 ]}

El avión alemán de propulsión solar «Icaré II» fue diseñado y construido por el Instituto de Diseño Aeronáutico (Institut für Flugzeugbau) de la Universidad de Stuttgart en 1996. El líder del proyecto y piloto habitual de la aeronave es Rudolf Voit-Nitschmann, director del instituto. El diseño ganó el premio Berblinger en 1996, el Premio Especial a la Trayectoria de la EAA en Oshkosh, la Medalla de Oro Daidalos del Aeroclub Alemán y el Premio OSTIV en Francia en 1997. ^{[ 61 ]}

Solar Impulse 2 está propulsado por cuatro motores eléctricos. La energía de las células solares en las alas y el estabilizador horizontal se almacena en baterías de polímero de litio y se utiliza para impulsar las hélices. ^{[ 62 ] [ 63 ]} En 2012, el primer Solar Impulse realizó el primer vuelo intercontinental de una aeronave solar, volando desde Madrid , España a Rabat , Marruecos. ^{[ 64 ] [ 65 ]} Completado en 2014, Solar Impulse 2 llevaba más células solares y motores más potentes, entre otras mejoras. En marzo de 2015, la aeronave despegó en la primera etapa de un viaje planeado alrededor del mundo, volando hacia el este desde Abu Dabi , Emiratos Árabes Unidos. ^{[ 66 ]} Debido a daños en la batería, la aeronave se detuvo en Hawái , donde se reemplazaron sus baterías. Reanudó la circunnavegación en abril de 2016 ^{[ 67 ]} y llegó a Sevilla , España, en junio de 2016. ^{[ 68 ]} Al mes siguiente regresó a Abu Dabi, completando así su circunnavegación del mundo. ^{[ 69 ]}

Una de sus aplicaciones es como motor de sustentación o incluso como motor de autolanzamiento para planeadores . El sistema más común es el motor eléctrico de sustentación delantero , que se utiliza en más de 240 planeadores. Su corto alcance no supone un problema, ya que el motor se usa solo brevemente, ya sea para el despegue o para evitar un aterrizaje forzoso (un aterrizaje no planificado durante el vuelo).

El primer avión eléctrico de producción comercialmente disponible, no certificado, el planeador autolanzable Alisport Silent Club , voló en 1997. Opcionalmente, está propulsado por un motor eléctrico de CC de 13 kW (17 hp) que funciona con baterías de 40 kg (88 lb) que almacenan 1,4 kWh (5,0 MJ) de energía. ^{[ 71 ]}      

El primer certificado de aeronavegabilidad para una aeronave de propulsión eléctrica se otorgó al Lange Antares 20E en 2003. También un planeador eléctrico autopropulsado de 20 m (66 pies) , con un motor CC/CC sin escobillas de 42 kW (56 hp) y baterías de iones de litio , puede ascender hasta 3000 m (9800 pies) con las celdas completamente cargadas. ^{[ 72 ]} El primer vuelo fue en 2003. En 2011, la aeronave ganó la competición Berblinger de 2011. ^{[ 73 ]}      

A finales de la década de 2000, el fabricante chino de modelos radiocontrolados Yuneec International desarrolló y probó varios aviones tripulados de ala fija propulsados ​​por baterías, incluido el E430 , el primer avión eléctrico diseñado para la producción en serie, pero no logró comercializarlo (solo se construyeron prototipos) y, a mediados de la década de 2010, se volcó en el lucrativo mercado de drones de consumo.

El Taurus Electro fue el primer avión eléctrico biplaza en volar, ^{[ 74 ]} mientras que el Taurus Electro G2 es la versión de producción, que se presentó en 2011. Impulsado por un motor eléctrico de 40 kW (54 hp) y baterías de litio para el autolanzamiento ^{[ 75 ]} a una altitud de 2000 m (6600 pies) , después de lo cual el motor se retrae y el avión planea. Es el primer avión eléctrico biplaza que ha alcanzado la producción en serie. ^{[ 76 ] [ 77 ]}    

Dado que la formación de pilotos se centra en vuelos cortos, varias compañías fabrican o han presentado aeronaves ligeras aptas para la formación inicial de vuelo. El Airbus E-Fan estaba destinado a la formación de pilotos, pero el proyecto se canceló. Pipistrel fabrica aeronaves eléctricas deportivas ligeras, como el Pipistrel WATTsUP , un prototipo del Pipistrel Alpha Electro . La ventaja de las aeronaves eléctricas para la formación de pilotos reside en el menor coste de la energía eléctrica en comparación con el combustible de aviación. Además, se reducen el ruido y las emisiones de escape en comparación con los motores de combustión.

El Bye Aerospace eFlyer 2 (anteriormente Sun Flyer 2) es un avión eléctrico ligero diseñado y en desarrollo por Bye Aerospace, con sede en Denver, Colorado. La aeronave se presentó públicamente por primera vez el 11 de mayo de 2016 y realizó su primer vuelo el 10 de abril de 2018.

El 10 de junio de 2020, la variante Velis Electro del Pipistrel Virus biplaza se convirtió en el primer avión eléctrico en obtener la certificación de tipo de la EASA . Impulsado por un motor eléctrico de 76 hp (57 kW) desarrollado con Emrax , ofrece una carga útil de 170 kg (370 lb) , una velocidad de crucero de 90 nudos (170 km/h) y una autonomía de 50 minutos. Pipistrel planea entregar más de 30 ejemplares en 2020 para ser utilizados como aviones de entrenamiento . ^{[ 78 ]}      

El 12 de octubre de 2021, Diamond Aircraft anunció el desarrollo del e DA40 , con el objetivo de realizar su primer vuelo en 2022 y obtener la certificación EASA/FAA Parte 23 en 2023, adaptado al mercado de la formación de pilotos. ^{[ 79 ]} Se espera que la aeronave biplaza pueda volar hasta 90 minutos, con un 40 % menos de costes operativos que los aviones de pistón. El eDA40 cuenta con una variante triplaza prevista para su lanzamiento futuro. ^{[ 80 ]} El eDA40 realizó su vuelo inaugural el 20 de julio de 2023. ^{[ 81 ]}

En la mañana del 3 de junio de 2025, el primer vuelo de pasajeros de un avión eléctrico en Norteamérica aterrizó en el Aeropuerto Internacional John F. Kennedy . Kyle Clark, fundador y director ejecutivo de BETA Technologies, empresa con sede en Burlington, Vermont , pilotó el Alia CX300 hasta la pista del aeropuerto, concluyendo un vuelo de 45 minutos y 72 millas náuticas que despegó de East Hampton . Clark fundó BETA en 2017 y recaudó mil millones de dólares en financiación de Qatar Investment Authority , Fidelity Investments y Amazon.com . Comenzó a trabajar en el Alia CX300 en 2018. El avión cuenta con cuatro hélices modulares montadas en la parte superior que le permiten despegar verticalmente como un helicóptero, aunque también puede hacerlo horizontalmente como un avión convencional. Tiene capacidad para cinco personas (un piloto y cuatro pasajeros) y había recorrido decenas de miles de millas en vuelos, principalmente desde un pequeño aeropuerto en Pittsburgh , antes de aterrizar en JFK. Su vuelo a ese aeropuerto requirió que se integrara en el espacio aéreo de Clase B , el espacio aéreo más estrictamente controlado de los Estados Unidos, lo que lo situó en las mismas altitudes y velocidades de aproximación que los aviones comerciales, y obligó a Clark a responder al control de tráfico aéreo sin desviaciones ni demoras. ^{[ 82 ] [ 83 ]}

El banco de pruebas de aeronaves eléctricas de la NASA (NEAT) es un banco de pruebas reconfigurable de la NASA en Plum Brook Station , Ohio, utilizado para diseñar, desarrollar, ensamblar y probar sistemas de energía para aeronaves eléctricas, desde aeronaves pequeñas de una o dos personas hasta aviones de pasajeros de 20 MW (27 000 hp) . ^{[ 84 ]} Los acuerdos de investigación de la NASA (NRA) se otorgan para desarrollar componentes de propulsión eléctrica. ^{[ 85 ]} Ese programa fue cancelado en 2023.  

En septiembre de 2017, la aerolínea de bajo coste británica EasyJet anunció que estaba desarrollando un avión eléctrico de 180 plazas para 2027 con Wright Electric . ^{[ 86 ]} Fundada en 2016, la empresa estadounidense Wright Electric construyó un prototipo de dos plazas con baterías de 272 kg (600 lb) y cree que se pueden ampliar con nuevas químicas de baterías sustancialmente más ligeras . Un alcance de 291 millas náuticas (539 km) sería suficiente para el 20 % de los pasajeros de Easyjet. ^{[ 87 ]} Wright Electric desarrollará posteriormente un avión de pasajeros de pasillo único de 10 plazas, y eventualmente uno de al menos 120 pasajeros, para vuelos de corta distancia, con el objetivo de reducir el ruido en un 50 % y los costes en un 10 %. ^{[ 88 ]} Jeffrey Engler, director ejecutivo de Wright Electric, estima que los aviones eléctricos comercialmente viables darán lugar a una reducción de alrededor del 30 % en los costes energéticos. ^{[ 89 ]}    

El 19 de marzo de 2018, Israel Aerospace Industries anunció sus planes para desarrollar un avión de pasajeros eléctrico de corto alcance, basándose en su experiencia con sistemas de energía eléctrica para pequeños UAS . ^{[ 90 ]} Podría desarrollarlo internamente o con una empresa emergente como Israeli Eviation , US Zunum Aero o Wright Electric. ^{[ 90 ]}

MagniX, con sede en Australia, ha desarrollado un Cessna 208 Caravan eléctrico con un motor de 540 kW (720 hp) para duraciones de vuelo de hasta una hora. ^{[ 91 ]} El motor eléctrico Magni5 de la compañía produce continuamente 265 kW (355 hp) , 300 kW (400 hp) pico a 2500 rpm con una eficiencia del 95% con una masa en seco de 53 kg (117 lb) , una densidad de potencia de 5 kW/kg, compitiendo con el Siemens SP260D de 260 kW (350 hp) , 50 kg (110 lb) para el Extra 330LE . ^{[ 91 ]} Para septiembre de 2018, se había probado un motor eléctrico de 350 hp (260 kW) con una hélice en un Cessna iron bird. El Caravan de 750 hp (560 kW) realizó su primer vuelo en 2020 y MagniX estima que para 2022 los aviones eléctricos tendrán autonomías de entre 500 y 1000 millas (800 y 1610 km) para el año 2024.                  ^{[ 92 ]} El motor funcionó en undinamómetrodurante 1000 horas. ^{[ 93 ]} El avión de hierro es un fuselaje delantero de Caravan utilizado como banco de pruebas, con elPratt & Whitney Canada PT6reemplazado por un motor eléctrico, un inversor y un sistema de refrigeración líquida, incluidos radiadores, que impulsa unahélicede Cessna 206. ^{[ 93 ]} El motor de producción producirá280kW (380hp)a 1900 rpm, menos que las 2500 rpm del motor de prueba, lo que permite la instalación sin una caja de engranajes reductora. ^{[ 93 ]} El 28 de mayo de 2020, el Cessna 208BeCaravande nueve pasajeros con propulsión eléctrica MagniXvoló con energía eléctrica, ^{[ 94 ]} hacia la certificación de operación comercial. ^{[ 95 ]}  

Se instaló un motor eléctrico MagniX de 560 kW (750 hp) en un hidroavión de Havilland Canada DHC-2 Beaver . Harbour Air , con sede en Columbia Británica , esperaba introducir la aeronave en servicio comercial en 2021, para viajes de menos de 30 minutos inicialmente, hasta que el alcance aumente a medida que se introduzcan mejores baterías. ^{[ 55 ]} El 10 de diciembre de 2019, realizó su primer vuelo de cuatro minutos de duración desde el río Fraser cerca de Vancouver . El motor de pistón Pratt & Whitney R-985 Wasp Junior instalado normalmente en el Beaver de seis pasajeros fue reemplazado por un magni500 de 135 kg (298 lb) , con baterías intercambiables, lo que permite vuelos de 30 minutos con una reserva de 30 minutos. ^{[ 96 ]} Para abril de 2022, las pruebas de vuelo de una versión certificable mediante un STC se retrasaron hasta finales de 2023, para transportar cuatro pasajeros y un piloto en vuelos de 30 minutos con una reserva de 30 minutos. ^{[ 97 ]} Magnix está buscando la certificación de la FAA para su motor de aeronave Magni650 de 640 kW (850 shp), mientras que el proveedor de baterías H55 (una escisión de Solar Impulse) está buscando la aprobación de la EASA . ^{[ 97 ]}   

Se prevé que en 2022 realice su primer vuelo un prototipo del avión alemán Scylax E10 de 10 plazas.Debería ser utilizado por FLN Frisia Luftverkehr para conectar las islas de Frisia Oriental con su alcance de 300 km (160 millas náuticas) y una corta distancia de despegue y aterrizaje de 300 m (980 pies) . ^{[ 55 ]}    

El 23 de septiembre de 2020, Heart Aerospace, con sede en Gotemburgo , presentó su diseño ES-19, un avión comercial totalmente eléctrico de 19 plazas que se planea que vuele a mediados de 2026. ^{[ 98 ]} Con un fuselaje y ala de aluminio convencionales, su alcance previsto es de 400 km (222 millas náuticas) y espera operar desde pistas de tan solo 800 m (2600 pies) . ^{[ 98 ]} Inicialmente dirigido a aerolíneas que operan en los países nórdicos , Heart ha recibido "expresiones de interés" para 147 aviones ES-19 por un valor aproximado de 1100 millones de euros o 1300 millones de dólares estadounidenses ( 7,5 millones de euros o 8,8 millones de dólares cada uno) de al menos ocho aerolíneas. ^{[ 98 ]} Respaldado por el capitalista de riesgo sueco EQT Ventures , los gobiernos nórdicos y la Unión Europea , Heart fue financiado inicialmente por la agencia de innovación sueca Vinnova y es un antiguo alumno de la aceleradora de startups de Silicon Valley Y Combinator . ^{[ 98 ]}   

El 22 de marzo de 2021, Aura Aero, con sede en Toulouse , anunció el desarrollo de su ERA (Electric Regional Aircraft), un avión eléctrico de 19 pasajeros, cuya certificación está prevista para 2026. ^{[ 99 ]}

Una célula solar convierte la luz solar directamente en electricidad, ya sea para su uso directo o para su almacenamiento temporal. La potencia de salida de las células solares es baja y requiere que se conecten muchas entre sí, lo que limita su uso. Los paneles solares típicos que funcionan con una eficiencia de conversión del 15-20 % (energía solar a energía eléctrica) producen alrededor de 150-200 W/m² ⁽ 0,019-0,025 hp/pie² ) bajo la luz solar directa. ^{[ 103 ]} Las áreas utilizables se ven aún más limitadas, ya que la producción de un panel con bajo rendimiento afecta la producción de todos los paneles de su circuito, lo que significa que todos requieren condiciones similares, incluyendo estar en un ángulo similar con respecto al sol y no estar ocultos por la sombra. ^{[ 104 ]}   

Entre 2010 y 2020, el costo de los módulos de energía solar disminuyó un 90 % y continúa bajando entre un 13 % y un 15 % anual. ^{[ 105 ]} La eficiencia de las células solares también aumentó sustancialmente, del 2 % en 1955 al 20 % en 1985, y algunos sistemas experimentales superan actualmente el 44 %. Sin embargo, la mayoría de las tecnologías con estas altas eficiencias solo han sido posibles en entornos de laboratorio y no a nivel de producción a gran escala. ^{[ 106 ]}

La disponibilidad gratuita de luz solar hace que la energía solar sea atractiva para aplicaciones de gran altitud y larga duración, donde el frío y la menor interferencia atmosférica las hacen significativamente más eficientes que en tierra. ^{[ 107 ] [ 108 ]} La caída en la temperatura del aire seco a medida que aumenta la altitud, llamada tasa de gradiente ambiental (ELR) , tiene un promedio de 6,49  °C/km ^{[ 109 ]} (memorizado en el entrenamiento de pilotos como 1,98  °C/1000  pies o 3,56  °F/1000  pies) de modo que la temperatura para la altitud de crucero típica de un avión de pasajeros de alrededor de 35 000 pies (11 000 m) será sustancialmente más baja que a nivel del suelo.  

Los vuelos nocturnos, como los de larga duración y aquellos con aeronaves que proporcionan cobertura las 24 horas sobre un área, normalmente requieren un sistema de almacenamiento de respaldo, que se carga durante el día con el excedente de energía y suministra energía durante las horas de oscuridad.

La transmisión de energía electromagnética, como las microondas, mediante haces de energía, depende de una fuente de alimentación terrestre. Sin embargo, en comparación con el uso de un cable de alimentación, esta técnica permite que la aeronave se mueva lateralmente y conlleva una penalización de peso mucho menor, especialmente a medida que aumenta la altitud. La tecnología solo se ha demostrado en modelos pequeños y está pendiente de desarrollo práctico a mayor escala. ^{[ 110 ]}

Para los vehículos motorizados que sustituyen a los aerostatos con cable , se puede conectar un cable de alimentación eléctrica a una fuente de suministro terrestre, como un generador eléctrico o la red eléctrica local . A bajas altitudes, esto evita tener que elevar las baterías, y fue utilizado por el vehículo de observación experimental Petróczy-Kármán-Žurovec PKZ-1 de 1917. Sin embargo, cuanto mayor sea la altitud de vuelo, mayor será el peso del cable que debe elevar.

Las baterías son el componente de almacenamiento de energía a bordo más común en las aeronaves eléctricas, debido a su capacidad de almacenamiento relativamente alta. Si bien las baterías se utilizaron por primera vez en dirigibles en el siglo XIX, las de plomo-ácido eran muy pesadas, y no fue hasta la llegada de otras tecnologías, como el níquel-cadmio (NiCd) a finales del siglo XX, que las baterías se volvieron prácticas para aeronaves más pesadas que el aire . Las baterías modernas son en su mayoría recargables y se basan en tecnologías de litio.

Las baterías de polímero de litio (LiPo), un tipo de baterías de iones de litio (LIB), se han utilizado durante mucho tiempo en vuelos no tripulados por su ligereza y capacidad de recarga. Sin embargo, su densidad energética limita su aplicación principalmente a ser baterías para drones. ^{[ 111 ]} Aumentar el tiempo máximo de vuelo simplemente diseñando aeronaves más grandes con baterías más grandes es ineficiente, debido al compromiso entre carga útil y alcance. Después de cierto aumento en el peso de la batería, hay rendimientos decrecientes, ya que la penalización de masa no compensa el aumento en la energía específica de la batería . ^{[ 112 ] [ 113 ]} Existe una compensación similar entre el alcance máximo y el número de pasajeros. Se han utilizado herramientas computacionales para modelar esta tendencia, prediciendo que una aeronave eléctrica de pequeña escala con un peso promedio (1500  kg) y una densidad energética promedio (150 Wh/kg) podría recorrer un alcance de ~80  mi con un pasajero, ~60  mi con dos y menos de ~30  mi con tres. ^{[ 113 ]}

En 2017, la potencia disponible de las baterías se estimó en 170 Wh/kg, 145 Wh/kg en el eje incluyendo la eficiencia del sistema, mientras que una turbina de gas extrajo 6545 Wh/kg de potencia del eje de un combustible de 11900 Wh/kg. ^{[ 114 ]} En 2018, las baterías de iones de litio incluyendo el embalaje y los accesorios se estimaron en dar 160 Wh/kg mientras que el combustible de aviación dio 12500 Wh/kg. ^{[ 115 ]} En 2018, la energía específica del almacenamiento de electricidad todavía era solo el 2% del combustible de aviación . ^{[ 116 ]} Esta relación 1:50 hace que la propulsión eléctrica sea poco práctica para aeronaves de largo alcance, ya que una misión de 500 nmi (930 km) para una aeronave totalmente eléctrica de 12 pasajeros requeriría un aumento de seis veces en la densidad de potencia de la batería. ^{[ 117 ]} Dicho esto, los motores eléctricos de batería tienen una eficiencia más alta (~90%) que la mayoría de los motores a reacción (~50%), lo que puede aprovecharse aún más mediante químicas de baterías emergentes. ^{[ 118 ]}  

Para que sea viable para la aplicación de aeronaves eléctricas, es esencial que se mejore el almacenamiento de energía. La densidad de energía es ampliamente reconocida como el cuello de botella para el tren motriz eléctrico de cero emisiones. ^{[ 119 ] [ 120 ]} Otra limitación es la tasa de descarga debido a la relación de energía demanda-paquete y segmentos de misión sensibles, ya que la tasa de descarga C para el despegue es 4C mientras que es casi 5C para el aterrizaje. ^{[ 121 ] [ 113 ]} Las aeronaves eléctricas tienen necesidades adicionales de generación de calor y fin de vida útil, lo que requiere estrategias novedosas de gestión térmica, capacidades de desvanecimiento de potencia y modos de falla del paquete de baterías.

En 2019, las mejores baterías de iones de litio alcanzaban entre 250 y 300 Wh/kg, suficientes para una aeronave pequeña, mientras que un avión regional habría necesitado un paquete de baterías de 500 Wh/kg y un avión de pasillo único del tamaño de un Airbus A320 necesitaría 2 kWh/kg. ^{[ 117 ]} La energía eléctrica solo es adecuada para aeronaves pequeñas, mientras que para grandes aviones de pasajeros se requeriría una mejora de la densidad energética de un factor de 20 en comparación con las baterías de iones de litio. ^{[ 122 ]}

Estas baterías pueden reducir los costos operativos generales para algunos vuelos de corto alcance. Por ejemplo, la electricidad utilizada en los Harbour Air Beavers les cuesta alrededor de $ 0,10 dólares canadienses por kWh en comparación con $ 2,00 dólares por litro de gasolina, ^{[ 102 ]} proporcionando 33 MJ (9,2 kWh) de energía con un combustible de 44 MJ/kg y una Avgas de densidad 0,75 , $ 0,22 por kWh químico o $ 0,65 por kWh de eje con una eficiencia de un tercio. Sin embargo, el combustible para aviones es más barato y las grandes turbinas de gas son más eficientes. En 2021, las tecnologías más allá del ion de litio, como las baterías de estado sólido ( litio-azufre , LSB) y las baterías de litio-aire (LAB), se han convertido en áreas de investigación cada vez más prometedoras para un rendimiento más competitivo de las aeronaves eléctricas de batería. ^{[ 123 ] [ 124 ]}  

El comité SAE International AE-7D ^{[ 125 ]} fue creado por Electro.Aero en 2018 para estandarizar la carga y el almacenamiento de energía de aeronaves eléctricas. Uno de los primeros documentos desarrollados fue la norma AS6968 para la carga de aeronaves eléctricas de sub-megavatios. El comité AE-7D también está desarrollando el Informe de Información Aeroespacial AIR7357 para la carga a nivel de potencia de megavatios. Algunos aeropuertos cuentan con estaciones de carga para automóviles eléctricos que también pueden cargar aeronaves. ^{[ 126 ]}

Un ultracondensador es un sistema híbrido de almacenamiento de energía electroquímica que combina las características de las baterías y los condensadores, y presenta algunas ventajas sobre las baterías, como la capacidad de cargarse y descargarse mucho más rápido con corrientes pico más elevadas, sin estar tan limitado en el número de ciclos de carga y descarga, ya que la reacción no es solo química sino también eléctrica. ^{[ 127 ]}

Sin embargo, su densidad energética, típicamente alrededor de 5 Wh/kg, es muy inferior a la de las baterías, y son considerablemente más caras, incluso teniendo en cuenta su mayor vida útil. ^{[ 128 ]}

Una pila de combustible (FC) utiliza la reacción entre dos sustancias químicas, como el hidrógeno y el oxígeno, para generar electricidad, de forma similar a un motor de cohete de propulsión líquida , pero en lugar de generar empuje, produce electricidad mediante una reacción química controlada. Si bien la aeronave debe transportar el hidrógeno (o un combustible similar), con sus propias complicaciones y riesgos, el oxígeno puede obtenerse de la atmósfera.

Casi todos los aviones eléctricos hasta la fecha han sido impulsados ​​por motores eléctricos que accionan hélices generadoras de empuje o rotores generadores de sustentación . ^{[ 129 ]}

Si bien las baterías pesan más que el equivalente en combustible, los motores eléctricos pesan menos que sus contrapartes de motor de pistón y, en aeronaves más pequeñas utilizadas para vuelos más cortos, pueden compensar parcialmente la disparidad entre las densidades de energía eléctrica y de gasolina. ^{[ 102 ] [ 130 ]} Los motores eléctricos tampoco pierden potencia con la altitud, a diferencia de los motores de combustión interna, ^{[ 126 ]} evitando la necesidad de medidas complejas y costosas utilizadas para prevenir esto, como el uso de turbocompresores .

El Extra 330 LE experimental tiene un motor Siemens SP260D de 260 kW (350 hp) que pesa 50 kg, con un paquete de baterías de 37,2 kWh, para un peso de aeronave de 1000 kg. ^{[ 131 ]} Reemplaza un motor de pistón Lycoming AEIO-580 de 235 kW (315 hp) que pesa 202 kg. ^{[ 132 ]} El peso en vacío del Extra 330 con motor de pistón es de 677 kg, ^{[ 133 ]} 474 kg sin el motor. El motor Lycoming tiene un consumo de combustible de 141 lb (64 kg) por hora cuando produce 315 hp (235 kW) , ^{[ 134 ]} o 0,27 kg/kWh: necesita 10 kg de combustible para producir los mismos 37,2 kWh.            

Además del propio motor, el peso de una aeronave se ve afectado por las reservas de energía necesarias: una aeronave de 19 plazas necesita las reservas IFR obligatorias del 5 % de contingencia de ruta, el vuelo a un  aeropuerto alternativo de 100 millas náuticas más 30 minutos de espera antes del aterrizaje: 308  kg de combustible para un turbohélice, o 4300  kg de baterías de 250 Wh/kg. ^{[ 135 ]} Un sistema de propulsión eléctrica también incluye un inversor de potencia , mientras que los motores de combustible tienen su propio sistema de combustible .

El motor eléctrico experimental magniX magni500 de 750 shp (560 kW) pesa 297 lb (135 kg) [ ^{136 ]} mientras que el Pratt ^& Whitney Canada PT6 A-114 certificado de 729 hp (544 kW) pesa 297 lb (135 ^kg ) [ ^{137 ]} ambos impulsando el Cessna 208 Caravan .        

El aumento de potencia, combinado con las modificaciones del Certificado de Tipo Suplementario (STC), puede compensar el peso de las baterías al aumentar el peso bruto operativo del avión, incluido el peso de aterrizaje. ^{[ 126 ]} Los aviones que utilizan combustibles fósiles son más ligeros al aterrizar, lo que permite que la estructura sea más ligera. Con un avión propulsado por baterías, el peso permanece igual, por lo que puede requerir refuerzo. ^{[ 126 ]}

Un avión híbrido eléctrico es un avión con un sistema de propulsión híbrido eléctrico . Normalmente despega y aterriza con energía eléctrica limpia y silenciosa, y vuela en crucero con energía convencional de motor de pistón o a reacción. Esto hace que los vuelos largos sean prácticos, al tiempo que reduce su huella de carbono. ^{[ 115 ]} En mayo de 2018, había más de 30 proyectos, y se preveían aviones de pasajeros híbridos eléctricos de corto alcance a partir de 2032. ^{[ 6 ]} Los más avanzados son el Zunum Aero de 10 plazas, ^{[ 138 ]} el demostrador Airbus E-Fan X , ^{[ 139 ]} el VoltAero Cassio , ^{[ 140 ]} UTC está modificando un Bombardier Dash 8 , ^{[ 141 ]} mientras que el prototipo Ampaire Electric EEL voló por primera vez el 6 de junio de 2019. ^{[ 142 ]}

En noviembre de 2018, ingenieros del MIT lograron el primer vuelo libre con un modelo de aeronave sin partes móviles, el EAD Airframe Versión 2. Se propulsa mediante la creación de un viento iónico utilizando magnetohidrodinámica (MHD). ^{[ 143 ] [ 144 ]} La MHD se ha utilizado para lograr sustentación vertical en el pasado, pero solo conectando el sistema generador de iones MHD a una fuente de alimentación externa.