Revolución de la Aviación: ¿Qué es un eVTOL?

La aviación está cambiando. Los pequeños aviones eléctricos prometen un futuro lleno de vuelos de corta distancia accesibles, asequibles y ambientalmente sostenibles. Pero el futuro de los vuelos no llegará por sí solo. Las empresas de aviación, los inversores y el Departamento de Defensa de EE. UU. están invirtiendo recursos en el desarrollo de estos vehículos eléctricos de despegue y aterrizaje (eVTOL), y necesitarán tecnología de ingeniería de vanguardia para ayudarles a hacer realidad sus visiones.

Los vehículos eVTOL, como su nombre indica, son pequeñas aeronaves que despegan en vertical y están propulsadas por sistemas de propulsión eléctrica sostenible.

Cuando pensamos en lo que significa “tomar un vuelo”, primero podemos imaginarnos abordando un gran avión comercial o incluso un jet privado. Pero los vehículos eVTOL están preparados para cambiar eso al ofrecer un modo revolucionario de movilidad aérea que puede aliviar la congestión del tráfico, mejorar la conectividad urbana y proporcionar un acceso rápido a lugares de difícil acceso.

Los eVTOL representan una parte importante del creciente sector de movilidad aérea avanzada (AAM), que se centra en el transporte de personas y mercancías en distancias cortas (aproximadamente 150 millas náuticas). Según McKinsey, se espera que se vuelvan relativamente comunes hacia finales de la década, especialmente en los grandes centros de población donde la congestión del tráfico es una preocupación importante.

Exploremos los casos de uso de los vehículos eVTOL, sus cronogramas de desarrollo y su impacto en la fabricación de aviación.

Además de la sostenibilidad de sus motores eléctricos , los eVTOL ofrecen varios casos de uso interesantes y ventajas para los pasajeros, lo que los hace atractivos tanto para inversores como para empresas de aviación grandes y pequeñas. Un pronóstico de la firma financiera Morgan Stanley indica que los avances en las tecnologías de propulsión eléctrica y la inversión continua podrían crear un mercado de 1,5 billones de dólares para eVTOL para 2040.2 Según ^la Vertical Flight Society, el directorio mundial de aeronaves eVTOL superó los 700 diseños de vehículos de 347 empresas en 2022; Sólo cuatro años antes, sólo se catalogaban 100 diseños de aviones.

Quizás el caso de uso más citado de los eVTOL sea el de “taxi aéreo”, capaz de transportar rápidamente individuos o pequeños grupos de pasajeros en distancias cortas. Los pasajeros de todo el mundo gastan más de 500 mil millones de dólares en taxis y servicios de transporte compartido cada año. ⁴ Los vehículos eVTOL reclamarán una parte importante de esa cuota de mercado a medida que se generalicen durante la próxima década.

La promesa transformadora de los vehículos eVTOL no ha pasado desapercibida para los principales actores de la industria de la aviación. Los fabricantes de equipos originales (OEM), como Boeing y Airbus, ya han realizado inversiones sustanciales en el desarrollo de eVTOL. ⁵ La conexión para estas empresas es natural. A medida que busquen métodos de propulsión más sostenibles para aviones comerciales, realizarán avances en la tecnología de baterías y motores eléctricos que también beneficiarán el desarrollo de eVTOL.

Los vehículos eVTOL también representan una gran oportunidad para las pequeñas empresas, como Joby Aviation, cuyo modelo de avión puede transportar cuatro pasajeros a velocidades de hasta 200 millas por hora y tiene un alcance de 150 millas. Estas empresas están avanzando en el desarrollo de eVTOL y presentan una amenaza significativa para los fabricantes de aviación tradicionales. Por ejemplo, Joby amplió su contrato con el Departamento de Defensa de Estados Unidos en el marco de su programa Agility Prime. ⁶ Joby continuará investigando aplicaciones para sus vehículos eVTOL, que podrían incluir misiones de reabastecimiento, reubicaciones de personal y evacuaciones médicas.

La Armada, el Ejército, la Fuerza Aérea y el Cuerpo de Marines de los EE. UU. han marcado los eVTOL como “un área de interés crítico”. El interés relacionado con la defensa en las tecnologías relacionadas con eVTOL está aumentando en todo el mundo, como lo demuestran los planes de BAE Systems de reservar 150 aviones a Eve Air Mobility, una subsidiaria de Embraer. ⁷ BAE Systems también planea explorar el desarrollo de una variante de esta misma plataforma eVTOL con Embraer. 

Aunque el desarrollo de eVTOL está en marcha y abunda la confianza sobre la utilidad de estos sistemas, todavía queda mucho por determinar con respecto al diseño y la fabricación de las aeronaves , incluidos los conceptos de rotor, las tecnologías de propulsión, la aviónica, la conectividad y el diseño general de vehículos seguros.

Un desafío que enfrentarán estas empresas es navegar en un panorama regulatorio que sigue siendo incierto. La certificación es un paso fundamental en el desarrollo de cualquier sistema de aeronave, y eso también se aplica a los eVTOL.

Dado que muchas empresas de eVTOL desempeñan las funciones de diseñador, fabricante y operador, la Administración Federal de Aviación (FAA) ha establecido una serie de hitos destinados a certificar en cada uno de estos niveles. Los esfuerzos de la FAA para alinear los procesos y estándares de certificación han dado como resultado la búsqueda de colaboración internacional a través de la Red Nacional de Autoridades de Aviación y otros organismos reguladores como la Agencia de Seguridad Aérea de la Unión Europea (EASA). A medida que la FAA y otros órganos rectores brinden más orientación regulatoria a los fabricantes de eVTOL, la flexibilidad será vital para permitirles mantener sus cronogramas de desarrollo.

Para tener éxito, estas empresas necesitarán lograr avances transformadores en autonomía y propulsión mientras se enfrentan a regulaciones que pueden cambiar en cualquier momento durante su ciclo de vida de desarrollo. La ingeniería digital es la clave.

Para superar los desafíos de ingeniería asociados con los sistemas eVTOL y su entorno regulatorio aún volátil, las empresas deben adoptar la ingeniería digital para validar virtualmente vehículos en función de sus entornos operativos. Esto comienza con la creación de una misión de referencia de diseño para derivar y evaluar los requisitos en la fase de desarrollo del concepto. A continuación, aproveche la ingeniería de sistemas basada en modelos (MBSE) para la verificación de requisitos, seguida del análisis y optimización multidisciplinarios (MDAO) para realizar estudios comerciales de alto nivel para optimizar el sistema.

La simulación de alta fidelidad proporciona información detallada basada en la física para comprender el comportamiento y el rendimiento, además de generar datos sintéticos para entrenar sistemas autónomos . Todo esto se captura en una fuente autorizada de la verdad (ASoT) que se puede conectar con otros ASoT del ecosistema para un enfoque más colaborativo y conectado que refleje la verdadera visión de la ingeniería digital. Con la validación virtual, puede crearlo correctamente la primera vez, lo que se traduce en un tiempo de comercialización más rápido, menores costos y mitigación de riesgos potenciales.

Ya sea que esté diseñando un concepto de avión o desarrollando un sitio de radar para monitorear órbitas altas en el espacio , la validación virtual habilitada por la ingeniería digital es la respuesta. Ansys ofrece soluciones abiertas y conectadas, amplificadas a través de su ecosistema de socios, para ayudar a los clientes a desarrollar con éxito conceptos innovadores con velocidad, agilidad y confianza.