Propulsión híbrida-eléctrica: Una nueva era en la aviación

El viaje hacia unos vuelos comerciales más sostenibles ya está en marcha. La actual producción anual de emisiones de la industria de la aviación comercial se acerca a los mil millones de toneladas de dióxido de carbono (CO2)1. Impulsado por la necesidad de reducir significativamente las emisiones, el sector de la aviación está desarrollando sistemas de propulsión alternativos que reduzcan las emisiones y sirvan para una amplia gama de aeronaves. Los sistemas de propulsión híbridos-eléctricos, que combinan sistemas de motor tradicionales con baterías, son los más maduros tecnológicamente de estas alternativas (que también incluyen sistemas totalmente eléctricos e híbridos-hidrógeno). Esta madurez significa que los sistemas híbridos-eléctricos serán viables a bordo de los aviones comerciales mucho antes que otras opciones, y probablemente ya en esta década.

Este blog explora la promesa de estos sistemas, detalla los retos técnicos asociados a su diseño y examina cómo las soluciones de ingeniería digital de Ansys pueden transformar su desarrollo.

El reto de la integración entre sistemas y trenes motrices eléctricos

Cada vez es mayor la presión gubernamental y de los consumidores sobre la industria de la aviación para que los vuelos sean más sostenibles, pero hacerlo no será fácil. Los equipos de ingenieros deben superar múltiples y complejos retos técnicos a la hora de diseñar los sistemas híbrido-eléctricos que acercarán a la industria a sus objetivos de reducción de emisiones. Un reto clave al que se enfrentan los ingenieros es la selección de la arquitectura óptima del sistema de propulsión del motor híbrido-eléctrico. Al mismo tiempo, también deben desarrollar sistemas de control integrados y requisitos exhaustivos para los sistemas críticos de seguridad y la gestión térmica y energética.

Para lograrlo, se requiere un enfoque holístico que tenga en cuenta las numerosas compensaciones que los ingenieros deben hacer al diseñar estos sistemas, que presentan diferentes exigencias en cada etapa del ciclo de vuelo. Diseñar un sistema con mayor capacidad de potencia para el despegue puede aumentar su peso y causar problemas de gestión térmica. Resolver requisitos contrapuestos en una fase tardía del proceso de diseño dificulta la integración de los sistemas y puede dar lugar fácilmente a errores que obliguen a rediseños costosos y lentos.

Las soluciones de ingeniería digital allanan el camino

Integrar el trabajo de múltiples disciplinas de ingeniería en una fase posterior del proceso de diseño aumenta la probabilidad de errores, algunos de los cuales pueden no ser evidentes hasta que se crea y prueba un prototipo. Este enfoque es muy ineficaz. Las empresas aeronáuticas que confían únicamente en la creación de prototipos y en las pruebas para superar las disyuntivas de ingeniería suelen tener dificultades para mantener bajos los costes del proyecto y cumplir los plazos importantes.

Lo ideal sería que los ingenieros pudieran analizar la seguridad del sistema, la multifísica, el rendimiento y la interoperabilidad de los subsistemas en una fase más temprana del proceso de desarrollo. Las soluciones de ingeniería digital permiten a los ingenieros realizar este nivel de análisis en profundidad. Esto, a su vez, les permite mejorar las decisiones de diseño y optimizar las arquitecturas de los sistemas. Además, como estas soluciones permiten a los ingenieros iterar rápidamente, pueden dedicar más tiempo durante la fase de diseño a ir más allá de un producto mínimamente viable y centrarse en crear diseños más innovadores y eficientes.

Ansys aborda los retos de la ingeniería

Las soluciones de Ansys proporcionan a los ingenieros las capacidades que necesitan para maximizar la eficiencia durante el proceso de diseño del sistema de propulsión híbrido-eléctrico. Las herramientas de modelado y simulación proporcionan a los equipos de ingeniería una visión del comportamiento detallado del sistema en fases más tempranas del proceso de diseño que de otro modo sería imposible.

Además, la herramienta de evaluación de la seguridad funcional de Ansys permite a los ingenieros evaluar los riesgos del sistema en una fase más temprana del proceso de diseño. Como resultado, pueden diseñar mitigaciones que ayuden a redefinir los requisitos o el comportamiento del sistema para garantizar su funcionamiento seguro. Las empresas que satisfagan los requisitos en una fase más temprana del ciclo de desarrollo tendrán una clara ventaja en su búsqueda de la certificación, un paso crucial y necesario en el camino hacia la mejora de la sostenibilidad de las aeronaves.

La industria de la aviación comercial avanza hacia un futuro más sostenible, y las exigencias a las empresas del sector son mayores que nunca. Estas organizaciones deben desarrollar con rapidez y eficacia los sistemas de propulsión híbridos-eléctricos que redefinirán el impacto medioambiental de la industria en las próximas décadas. Superar los numerosos retos técnicos que presentan estos sistemas aún por definir será clave para conseguirlo.

Es posible que las prácticas tradicionales de desarrollo de productos hayan servido bien a las empresas aeronáuticas en el pasado para modificar y mejorar los motores de las aeronaves existentes. Ahora, los diseños totalmente nuevos requieren soluciones novedosas que ayuden a gestionar tanto la complejidad de los diseños como el enfoque multidisciplinar necesario para desarrollarlos. A medida que los ingenieros trabajan para optimizar esos sistemas, las soluciones de Ansys pueden proporcionar las capacidades necesarias para ejecutar el proceso de diseño con mayor rapidez, mantener los costes bajos, acortar el tiempo de comercialización y aumentar la innovación.