Estos prototipos diseñados con despegue y aterrizaje vertical, ofrecen soluciones para inspección, monitoreo y transporte en entornos difíciles.

El uso de drones ha crecido de manera exponencial en todo el mundo gracias a sus aplicaciones que abarcan desde la vigilancia y el monitoreo ambiental, hasta la agricultura de precisión, la inspección industrial y la entrega de suministros en lugares de difícil acceso. Sin embargo, muchas de estas operaciones aún enfrentan limitaciones técnicas importantes.

Los drones multirrotor (los más comunes), aunque maniobrables y capaces de despegar en vertical, consumen mucha energía y tienen poca autonomía; mientras que los de ala fija, de aspecto similar a los aviones y diseñados como la mayoría de las aeronaves, son más eficientes en vuelo, requieren pistas para despegar y aterrizar.

Esta disyuntiva ha motivado el desarrollo de soluciones híbridas que combinen lo mejor de ambas características. Por ello, un equipo liderado por Eduardo Steed Espinoza Quesada, investigador del Posgrado en Sistemas Autónomos de Navegación Aérea y Submarina (SANAS), del Cinvestav, propuso resolver este dilema con un enfoque innovador.

Su proyecto se centra en diseñar y evaluar vehículos aéreos eléctricos no tripulados de vuelo híbrido (conocidos como H-VTOL, por sus siglas en inglés), que pueden despegar y aterrizar de forma vertical como los helicópteros, pero también realizar vuelo horizontal de largo alcance semejante al avión, con una mayor eficiencia energética y seguridad operativa.

“El propósito de este trabajo fue explorar las ventajas de integrar la propulsión eléctrica distribuida (DEP) con rotores canalizados que aumentan el empuje (una combinación tecnológica poco explorada hasta ahora en aeronaves híbridas) para mejorar el rendimiento durante las fases de despegue, vuelo estacionario y transición al vuelo de ala fija”, señaló Juan Manuel Bustamante Alarcón, posdoctorante en el programa.

El desarrollo de esta investigación partió de una configuración de ala voladora, equipada con dos rotores integrados dentro de su superficie y un sistema de rotores frontales abatibles. Esta configuración permite al vehículo cambiar de modo multirrotor a modo avión de manera suave y controlada.

Para validar su propuesta, el equipo construyó dos prototipos: el XEVTOL-2FNW y el XEVTOL-4FNW, con cuatro y seis rotores, respectivamente. Su fuselaje está compuesto por un cuerpo central del que se extienden dos alas ligeramente inclinadas hacia atrás; en la parte media superior una cubierta que deja visibles algunos componentes electrónicos; mientras que en las alas y parte frontal se distribuyen varias hélices protegidas por anillos.

Ambos modelos fueron sometidos a pruebas de vuelo al aire libre y ensayos en túnel de viento para comparar el rendimiento de los sistemas de propulsión con y sin conducto. Los resultados fueron comprometedores, el uso de rotores canalizados permitió incrementar el empuje en un 35 por ciento respecto a los rotores convencionales, lo que se traduce en un mayor rendimiento, generando más sustentación con menos consumo de energía eléctrica.

Además, el prototipo de seis rotores (XEVTOL-4FNW) demostró ser 16 por ciento más eficiente energéticamente que su contraparte. Esta mejora se debe a una distribución del peso entre motores, característica esencial del sistema DEP, que no solo optimiza la potencia, sino que también aumenta la seguridad operativa al ofrecer redundancia en caso de fallos.

Los ensayos en túnel de viento se realizaron con modelos a escala 1:2, ajustados a las condiciones reales de vuelo, lo que permitió evaluar el impacto aerodinámico de los rotores incrustados en el ala durante el vuelo horizontal. Aunque se observó una ligera reducción en la sustentación y un aumento en el arrastre aerodinámico, los beneficios operativos del sistema híbrido superan estas pérdidas, sobre todo en escenarios donde no es viable disponer de pistas de aterrizaje.

Este tipo de tecnología abre nuevas posibilidades para enfrentar situaciones donde no se pueden usar aeronaves convencionales por falta de pistas o por condiciones adversas; por ejemplo, en parques eólicos, pueden realizar inspecciones aéreas precisas y ante emergencias, permiten misiones de rescate y búsqueda en lugares de difícil acceso o con infraestructura dañada. Además, su bajo impacto ambiental, al estar propulsados eléctricamente, los vuelve una alternativa sustentable para múltiples industrias.

En perspectiva, el equipo de investigación prevé mejorar la gestión energética de sus prototipos, ampliar su autonomía de vuelo y ajustar el diseño aerodinámico para maximizar el rendimiento en ambas fases del vuelo.