Revolución en 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 sostenibles desde el punto de vista medioambiental. Pero el futuro de los vuelos no llegará 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 una tecnología de ingeniería puntera que les ayude a hacer realidad sus visiones.

¿Qué es un vehículo eVTOL?

Los vehículos eVTOL, como su nombre indica, son pequeñas aeronaves que despegan verticalmente y funcionan con sistemas de propulsión eléctrica sostenibles.

Cuando pensamos en lo que significa «emprender un vuelo», lo primero que imaginamos es subirnos a un gran avión comercial o incluso a un jet privado. Pero los vehículos eVTOL están a punto de cambiar esta situación al ofrecer un revolucionario modo 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 significativa del creciente sector de la movilidad aérea avanzada (AAM), que se centra en el transporte de personas y mercancías en distancias cortas (unas 150 millas náuticas). Según McKinsey, se espera que sean relativamente comunes a finales de la década, especialmente en los grandes centros de población donde la congestión del tráfico es una de las principales preocupaciones.1

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

Casos de uso de los eVTOL: Una revolución para el transporte aéreo y la defensa

Además de la sostenibilidad de sus motores eléctricos, los eVTOL ofrecen varios casos de uso y ventajas interesantes para los pasajeros, lo que los hace atractivos tanto para los inversores como para las empresas de aviación grandes y pequeñas. Una previsión de la empresa financiera Morgan Stanley indica que los avances en las tecnologías de propulsión eléctrica y la inversión continuada podrían crear un mercado de 1,5 billones de dólares para los eVTOL en 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 había catalogados 100 diseños de aeronaves.3

Quizás el caso de uso más citado para los eVTOL sea como «taxi aéreo», capaz de transportar rápidamente a individuos o pequeños grupos de pasajeros en distancias cortas. Los pasajeros de todo el mundo gastan cada año más de 500.000 millones de dólares en servicios de taxi y ride-hailing.4 Los vehículos eVTOL pueden reclamar una parte significativa de esa cuota de mercado a medida que se generalicen en la próxima década.

La promesa transformadora de los vehículos eVTOL no ha pasado desapercibida para los principales actores de la industria aeronáutica. Los fabricantes de equipos originales (OEM), como Boeing y Airbus, ya han realizado importantes inversiones en el desarrollo de eVTOL5 . A medida que busquen métodos de propulsión más sostenibles para los aviones comerciales, realizarán avances en la tecnología de baterías y motores eléctricos que también beneficiarán al desarrollo de los 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 una autonomía de 150 millas. Estas empresas están avanzando a pasos agigantados en el desarrollo de eVTOL y representan una amenaza significativa para los fabricantes tradicionales de aviación. Por ejemplo, Joby prorrogó su contrato con el Departamento de Defensa de Estados Unidos en el marco de su programa Agility Prime.6 Joby seguirá investigando aplicaciones para sus vehículos eVTOL, que podrían incluir misiones de reabastecimiento, traslados de personal y evacuaciones médicas.

La Armada, el Ejército de Tierra, las Fuerzas Aéreas y el Cuerpo de Marines de EE.UU. han calificado los eVTOL de «área de interés crítico». El interés relacionado con la defensa en las tecnologías relacionadas con los eVTOL está aumentando en todo el mundo, como demuestran los planes de BAE Systems de encargar por adelantado 150 aviones a Eve Air Mobility, una filial de Embraer.7 BAE Systems también planea explorar el desarrollo de una variante de esta misma plataforma eVTOL con Embraer.

La ingeniería de eVTOL plantea nuevos retos

Aunque el desarrollo de los eVTOL está muy avanzado y abunda la confianza en la utilidad de estos sistemas, aún queda mucho por determinar en cuanto 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.

Uno de los retos a los que se enfrentarán estas empresas es navegar por un panorama normativo que sigue siendo incierto. La certificación es un paso fundamental en el desarrollo de cualquier sistema aeronáutico, y lo mismo cabe decir de 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 la certificación en cada uno de estos niveles. Los esfuerzos de la FAA por alinear los procesos y normas de certificación se han traducido en la búsqueda de la colaboración internacional a través de la Red de Autoridades Nacionales de Aviación y otros organismos reguladores como la Agencia de Seguridad Aérea de la Unión Europea (AESA). A medida que la FAA y otros organismos reguladores proporcionen más orientaciones normativas a los fabricantes de eVTOL, la flexibilidad será vital para permitirles mantener sus plazos de desarrollo.

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

Acelerar la innovación con ingeniería digital

Para superar los retos de ingeniería asociados a los sistemas eVTOL y su todavía volátil entorno normativo, las empresas deben adoptar la ingeniería digital para validar virtualmente los vehículos basándose en sus entornos operativos. Esto comienza con la construcción de una misión de referencia de diseño para derivar y evaluar los requisitos en la fase de desarrollo del concepto. A continuación, se aprovecha la ingeniería de sistemas basada en modelos (MBSE) para verificar los requisitos, seguida del análisis multidisciplinar y la optimización (MDAO) para realizar estudios comerciales de alto nivel con el fin de 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 verdad (ASoT) que puede conectarse con otras ASoT del ecosistema para lograr un enfoque más colaborativo y conectado que refleje la verdadera visión de la ingeniería digital. Con la validación virtual, puede construirlo bien a la primera, lo que resulta en un tiempo de comercialización más rápido, costes más bajos y mitigación de riesgos potenciales.

Tanto si diseña aviones conceptuales como si desarrolla un radar para supervisar órbitas elevadas en el espacio, la validación virtual habilitada por la ingeniería digital es la respuesta. Ansys proporciona soluciones abiertas y conectadas, ampliadas a través de su ecosistema de socios, para ayudar a los clientes a lanzar con éxito conceptos innovadores con velocidad, agilidad y confianza.