Superando los retos de ingeniería hacia una propulsión sostenible
La industria de la aviación comercial se definirá en las próximas décadas por su búsqueda de sistemas de propulsión más sostenibles. Pero mientras la industria trabaja para definir y desarrollar estos nuevos diseños, tendrá que superar importantes y variados retos de ingeniería. Para ello, deben confiar en soluciones de ingeniería que agilicen el proceso de diseño, mejoren el rendimiento del producto y reduzcan los costosos retrasos en el desarrollo.
Un enfoque multipista y multitemporal
Al principio, las empresas de aviación comercial exploraron la posibilidad de mejorar la sostenibilidad de los aviones mediante la transición de los motores de combustión tradicionales a sistemas de propulsión eléctrica. Sin embargo, las limitaciones de la tecnología de baterías existente hacían imposible esa transición a corto plazo. En vista de ello, la industria está adoptando un enfoque segmentado para el desarrollo de sistemas de propulsión. Este planteamiento les permitirá lograr mejoras reales en sostenibilidad a corto plazo en forma de sistemas híbridos-eléctricos, mientras persiguen simultáneamente sistemas eléctricos y basados en hidrógeno más eficientes energéticamente. Este enfoque multipista y multitemporal también permite a las empresas aeronáuticas innovar y descubrir otras aplicaciones y mercados para sus productos.
Al tiempo que persiguen estos avances, los ingenieros aeronáuticos deben enfrentarse a los numerosos retos técnicos que plantea un proceso de diseño de sistemas multidisciplinar. En este artículo se destacan estos retos y se explora cómo las soluciones de ingeniería digital pueden ayudar a superarlos.
Los retos técnicos de la propulsión sostenible
Cada producto complejo presenta sus propios retos de ingeniería, pero los nuevos sistemas de propulsión de aeronaves son increíblemente complejos y dependen de una tecnología que aún está madurando. Eso significa que los retos de ingeniería requerirán soluciones multidisciplinares y compensaciones, y que el sistema debe evaluarse en su conjunto. Algunos de estos retos son:
- Transmisión eléctrica e integración de sistemas. Los ingenieros deben definir arquitecturas de sistema óptimas con controles integrados. También deben desarrollar amplios requisitos de gestión térmica y energética, y garantizar que el sistema esté diseñado para ser intrínsecamente seguro.
- Diseño de máquinas eléctricas. Definir y diseñar nuevos sistemas de propulsión exige que los ingenieros hagan concesiones para satisfacer requisitos contrapuestos y optimizar al mismo tiempo la seguridad y eficiencia del sistema. Un diseño lo bastante potente para un avión de pasajeros de gran tamaño puede crear problemas de gestión térmica que requieran un sistema de refrigeración más potente, lo que implica más peso y, por tanto, podría afectar a su autonomía. Los ingenieros deben sopesar cuidadosamente estas ventajas y desventajas en la búsqueda de sistemas viables.
- Almacenamiento y distribución de energía. Los sistemas de propulsión eléctricos y los basados en el hidrógeno plantean problemas diferentes. Los sistemas eléctricos con baterías deben almacenar y descargar energía sin afectar indebidamente a los controles de gestión de potencia del sistema. Los sistemas basados en hidrógeno se alimentarán muy probablemente con hidrógeno líquido que debe almacenarse a temperaturas de -250 °C y poder fluir con seguridad por el sistema hasta la pila de combustible, donde puede convertirse en electricidad.
- Electrónica de potencia y diseño de control. Los ingenieros deben asegurarse de que los nuevos sistemas de propulsión puedan gestionar su electrónica de potencia para diferentes condiciones de carga, garantizando al mismo tiempo un rendimiento de alta potencia. Se necesita software y hardware de control adaptado a las condiciones y a la carga que pueda acomodar la conmutación de alta frecuencia y cumpla las normas de certificación. Los equipos de diseño deben evitar las interferencias electromagnéticas con los componentes de a bordo durante cualquier fase del ciclo de vuelo.
Superando los retos con ideas
Las herramientas tradicionales de desarrollo de productos, que a menudo se basan en hojas de cálculo, documentos y mensajes de correo electrónico inconexos, sirvieron a las empresas para actualizar e iterar sobre los sistemas de propulsión existentes en décadas anteriores. Pero el desarrollo de sistemas de propulsión totalmente nuevos requiere un nuevo enfoque. Cualesquiera que sean las dificultades de ingeniería a las que se enfrentan las empresas de aviación en la búsqueda de un vuelo más sostenible, las soluciones de ingeniería digital ofrecen una vía para superarlas.
Estas soluciones más avanzadas pueden proporcionar a los equipos de ingeniería más información sobre el rendimiento de un diseño en una fase más temprana del desarrollo, lo que les permite iterar -e innovar- con mayor rapidez. Esta información permite a los ingenieros tomar decisiones más fundamentadas a la hora de optimizar las arquitecturas de los sistemas, seleccionar materiales eficaces y sopesar las ventajas y desventajas de la ingeniería. Como resultado, pueden reducir los errores de diseño y disminuir el número de prototipos que deben construirse y probarse para establecer un diseño viable. Así se acorta el ciclo de diseño, se reducen los costes y, en última instancia, se obtiene un producto mejor.
Soluciones de ingeniería de vanguardia para empresas de aviación
Las soluciones de Ansys proporcionan a las empresas de aviación las capacidades que necesitan para afrontar los retos de ingeniería inherentes al diseño de sistemas de propulsión sostenibles. Los ingenieros pueden utilizar estas soluciones para modelar y analizar los comportamientos de los sistemas desde las primeras fases de desarrollo y ajustarlos rápidamente para garantizar un rendimiento óptimo, capturando los fundamentos del diseño y haciéndolos trazables de forma que evolucionen con el ciclo de vida del producto. Serán estas soluciones las que permitan a los equipos de diseño identificar con antelación los requisitos funcionales y de seguridad de un sistema, lo que significa que pueden abordar los posibles fallos mediante el diseño o el software de control y guiar el diseño hacia la certificación con mayor rapidez.
Los ingenieros también pueden utilizar las plantillas de máquinas eléctricas de las soluciones Ansys, que proporcionan puntos de partida listos para el desarrollo de diseños únicos. Además, pueden aprovechar las capacidades de la solución de flujo de trabajo de simulación integrada para analizar entre disciplinas y garantizar que todos los subsistemas interactúan de forma segura y eficaz en todas sus configuraciones operativas requeridas.
Ansys está alineando sus soluciones de ingeniería digital para que los ingenieros puedan integrarse en la transformación en la que están trabajando las empresas de aviación en su esfuerzo por reducir la huella medioambiental del sector. Tanto si trabajan para mejorar los diseños de las pilas de combustible, simular el rendimiento térmico de una batería u optimizar e integrar arquitecturas de sistemas complejos, estas soluciones pueden ayudarles a hacerlo de forma más eficiente, rápida y rentable que los métodos tradicionales.
No cabe duda de que la sostenibilidad impulsa el futuro de la aviación comercial. Lo que no es tan seguro es qué empresas desempeñarán los papeles más importantes a la hora de hacer realidad ese futuro. Es mucho lo que está en juego, tanto para el sector como para el medio ambiente.
Aprovechar el futuro de la aviación sostenible
Las empresas de aviación que puedan definir y desarrollar con rapidez nuevos sistemas de propulsión de gran complejidad y sacar al mercado productos de alta calidad antes que la competencia tendrán una enorme ventaja en la carrera hacia el net-zero. Ansys puede proporcionar a estas empresas muchas de las herramientas e integrarse en los marcos digitales necesarios para superar los complejos problemas de ingeniería que presentan estos productos y establecer una ventaja en esa carrera.
