Tecnologías Beta: Construyendo un futuro Beta

Aug 18, 2023

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Para Kyle Clark, fundador y director ejecutivo de Beta Technologies, su pasión por la ingeniería, la aviación y la sostenibilidad es el catalizador detrás de la posición de Beta como uno de los pioneros en la revolución del despegue y aterrizaje vertical eléctrico (eVTOL).

La compañía ha diseñado y está en camino de certificar y comercializar un avión eVTOL llamado Alia-250, así como una versión eléctrica de despegue y aterrizaje convencional (eCTOL) que la compañía ha denominado CX300. Pero el camino hacia el desarrollo de una flota de aviones eléctricos ha sido un proceso largo, y uno que realmente no ganó impulso hasta que Clark conoció a Martine Rothblatt, fundadora y directora ejecutiva de United Therapeutics.

Al reconocer el valor de la propulsión eléctrica en la aviación y sus beneficios en la logística de carga médica, Rothblatt se convirtió en uno de los primeros en apoyar el trabajo de Beta en el desarrollo de un avión de cero emisiones, que la compañía planea utilizar para transportar órganos humanos que salvan vidas a hospitales y centros de trasplante. .

"Eso nos dio la oportunidad de centrarnos en una misión y empezar a construir un avión", dijo Clark. "No ha habido muchos puntos bajos para Beta desde que entró Martine".

Eso fue en 2017. Hoy en día, han aparecido en escena varias empresas de eVTOL, con la esperanza de certificar y comercializar aviones eVTOL en los EE. UU. a mediados de la década. Beta es uno de los pioneros, pero la empresa con sede en Burlington, Vermont, está adoptando un enfoque diferente al de sus rivales en casi todos los aspectos de su programa eVTOL.

“No gastamos muchos recursos en marketing. No gastamos muchos recursos en hacer promesas”, dijo Clark. "Dejamos que la ingeniería y el progreso técnico sean la estrella".

Clark es ingeniero y piloto de corazón y originalmente fundó la empresa como un grupo de expertos en ingeniería y un taller de investigación y desarrollo para construir sistemas de propulsión para impulsar la aviación eléctrica.

"Rápidamente aprendimos que diseñar un avión eléctrico era un proceso holístico", dijo Clark. No sólo abarca baterías de alta densidad de energía y motores de alta densidad de potencia, sino que también implica determinar cómo se integran los sistemas. "Cuando nos dimos cuenta de eso, comenzamos a diseñar nuestros propios cargadores de aviones, sistemas de control e integración de ese sistema de propulsión".

Esa fue la premisa detrás del primer avión eléctrico de Beta, Ava, un avión de ocho rotores con empuje vectorial y refrigeración líquida. A través de cientos de vuelos de prueba, el equipo aprendió rápidamente “qué no hacer en un avión eVTOL”, dijo Clark. “Cambiamos y diseñamos un avión que creemos que es comercialmente viable con la intención de certificarlo. A eso lo llamamos Alia”.

El Alia-250 eVTOL de Beta es un avión de elevación más crucero, propulsado por un sistema de propulsión eléctrica distribuida con cinco motores eléctricos, cuatro hélices VTOL y una hélice de empuje. El avión tiene como objetivo un alcance máximo de 250 millas náuticas (288 millas o 463 kilómetros) y está diseñado para transportar 1.400 libras (635 kilogramos) de carga útil, o un piloto y cinco pasajeros.

Sus motores e inversores están diseñados internamente para sincronizarse con las baterías y los controladores de vuelo, dijo Manon Belzile, ingeniero jefe de motores de Beta. El resultado es un sistema de propulsión de alta eficiencia energética que, según Beta, maximiza el alcance de sus baterías, lo que significa que el sistema de propulsión mantendrá su alto rendimiento durante todo su ciclo de vida.

"Esto cambia las reglas del juego en comparación con los motores de combustión, que con el tiempo, su rendimiento y eficiencia se reducen", dijo Belzile. "La segunda gran ventaja es que el mantenimiento de la propulsión eléctrica será muy limitado".

La compañía tiene intención de certificar y fabricar su sistema de propulsión de forma vertical, y prevé incorporar el sistema tanto en su Alia-250 eVTOL como en su CX300 eCTOL. De hecho, toda la estructura del CX300, incluida la aviónica, el interior y el motor de empuje, será muy similar al Alia-250. La principal diferencia es que no tendrá hélices de elevación elevadas.

"Esto nos da un avión CX300 de rendimiento excepcionalmente alto que, con la adición del kit de elevación, puede convertirse en un avión VTOL", dijo Clark.

Para ayudar con su proceso de ingeniería, la compañía recurre a sus simuladores de vuelo inmersivos: una pequeña plataforma de movimiento de tres grados de libertad y una réplica más grande a escala real de la cabina del Alia-250 dentro de una cúpula de 200 grados.

"Antes de que algo suba al avión, nos aseguramos de haberlo volado en el simulador con los pilotos al tanto", dijo Vincent Moeykens, jefe de software de simulador de vuelo en Beta. "Evaluamos las diferentes características de cualquier cambio que se esté realizando, y luego recopilamos comentarios y los repetimos antes de implementarlos en el avión real".

Los simuladores de vuelo también son herramientas útiles para la preparación de pruebas de vuelo y la formación de pilotos, afirmó Moeykens.

Además de sus aviones, Beta está cerrando el ciclo del sistema de propulsión mediante el desarrollo de su propia infraestructura de carga multimodal. Los cargadores (el diseño más reciente es el Charge Cube) están desarrollados para admitir diferentes tipos de aviones eléctricos, incluidos los de sus competidores, así como varios vehículos terrestres eléctricos.

"El Charge Cube resuelve una serie de problemas que tienen los cargadores estándar", dijo Chip Palombini, jefe del equipo de infraestructura de carga de Beta. “Los cargadores estándar suelen ser demasiado altos para usarlos en aviones y el alcance de su cable es demasiado corto. El Charge Cube tiene un formato mucho más corto con un cable de 50 pies [15 metros] que está realmente optimizado para su uso con aviones eléctricos”.

Beta actualmente tiene casi una docena de sitios de carga operando en los EE. UU., con 54 sitios más en la etapa de obtención de permisos o construcción. El objetivo final de la empresa es establecer redes de carga también en Europa, Asia y Australia.

"Descubrimos que esto es muy apreciado tanto por la industria como por nuestros clientes que tienen múltiples [tipos de] vehículos eléctricos y quieren un cargador para cargarlos todos", dijo Clark. "Nos abre un camino hacia un verdadero futuro de la aviación sostenible que antes no existía".

Con la decisión de la Administración Federal de Aviación de EE. UU. (FAA) en 2022 de cambiar la forma en que se certificarían los aviones eVTOL con alas, desarrolladores como Beta están esperando que el regulador finalice las regulaciones federales de aviación especiales (SFARS) para operaciones y capacitación de pilotos, que se espera que estén listas en algún momento. en 2024.

A pesar de haberse propuesto desarrollar un avión eVTOL, Beta dijo que tiene la intención de certificar su CX300 eCTOL con la FAA primero (según la parte 23), en 2025. La compañía recibió recientemente su base de certificación G-1 de la FAA sin condiciones especiales. dándole a Beta un conjunto claro de requisitos a seguir para el CX300.

"Lo interesante de esto es que nos proporciona un avión que podemos vender hoy para una misión que los clientes quieren resolver, que es un avión de carga y logística con cero emisiones de carbono de aeropuerto a aeropuerto", dijo Clark.

Beta ha llevado a cabo extensas pruebas de vuelo tanto en su CX300 como en su Alia-250, enfocándose principalmente en vuelo con alas, vuelos a distancia y carga de batería con su CX300, y vuelo estacionario y de transición con su Alia-250.

Beta logró su primer vuelo estacionario en 2019 utilizando su avión Ava y la expansión de la envolvente de vuelo de transición tripulada en 2023 con su Alia-250. De hecho, Beta es actualmente el único desarrollador de eVTOL en América del Norte que vuela con un piloto a bordo, un hito que la compañía consideró crucial abordar desde el principio.

“Ahora volamos con gente a bordo porque así es como volaremos en el futuro”, dijo Clark. “No vamos a presentar pilotos justo antes del lanzamiento. Los pilotos son parte integrante del diseño del avión y, por lo tanto, realizamos misiones tripuladas”.

Este enfoque de las pruebas de vuelo significa que la aeronave debe ser segura para las operaciones de vuelo desde el primer día. La compañía también ha tenido sus propios socios y clientes que vuelan sus aviones eléctricos, incluidos pilotos militares, pilotos de la FAA y Rothblatt de United Therapeutics, junto con sus propios empleados.

"Una de las otras razones por las que ponemos pilotos en la cabina es que una gran parte del diseño seguro de una aeronave son factores humanos: cómo los pilotos interpretan la aeronave", dijo Clark. “Estamos introduciendo nuevos sistemas, baterías, distribución de energía, protección de circuitos derivados en la propulsión primaria, sistemas fly-by-wire y, por supuesto, inversores y motores eléctricos. Necesitamos asegurarnos de hacerlo bien desde la perspectiva de los factores humanos”.

La compañía ha marcado una serie de hitos de vuelo durante el año pasado, incluido un vuelo multimisión pilotado a través del país el verano pasado. Esto lo vio recorrer un total de 2.000 NM (3.700 km) en un viaje de ida y vuelta desde Plattsburgh, Nueva York; a Bentonville, Arkansas; con paradas en el camino para recargar en infraestructura propia. A esto le siguió un segundo vuelo multimisión desde Nueva York a Kentucky en diciembre de 2022, esta vez cubriendo un total de 1.300 NM (1.400 km).

Sumándose a su lista de hitos, la compañía estableció un nuevo récord de distancia, registrando 336 NM (622 km) con una sola carga mientras volaba dentro del estado de Nueva York desde Jamestown a Plattsburgh. Beta también realizó una demostración de vuelo en Westchester, Nueva York, convirtiéndose en el primer avión eléctrico en volar en el espacio aéreo metropolitano de Nueva York, y completó vuelos de evaluación cualitativa con pilotos de prueba de la FAA, la Fuerza Aérea de EE. UU. y el Ejército de EE. UU., convirtiéndose en el primer (y único) , hasta la fecha) aviones eVTOL pilotados por las ramas de defensa y el regulador.

"Lo que eso dice sobre nuestro avión es la confianza que ha depositado en nosotros el entorno regulatorio que nos permite volar este avión en uno de los espacios aéreos más complejos del país", dijo Chris Caputo, piloto de pruebas de Beta con más de 10.000 horas de vuelo en misiones militares y comerciales.

Caputo describe el avión como “muy intuitivo de volar. Es muy estable. La mayor masa del avión está en la panza, por lo que todas las habilidades de palanca y timón son muy transferibles, ya sea que estés en un A-10, F-16 o 757. La principal diferencia es la simplicidad del sistema general y comprender los modos de falla y cómo lidiar con ellos”.

Cuando Vertical visitó Beta en junio, la compañía se estaba preparando para realizar misiones de demostración con un cliente en toda Nueva Inglaterra para colaborar en aplicaciones de entrega de carga. El avión operó dentro de las limitaciones de un avión experimental de estudio de mercado, “realizando misiones reales pero sin recibir pago por ellas”, dijo Clark.

Si bien gran parte de la atención en el sector eVTOL se centra en el transporte de pasajeros, Beta está adoptando otro enfoque diferente cuando se trata de lanzar mercados para sus aviones.

"La aviación de pasajeros es un mercado enorme", dijo Clark. "Es una gran oportunidad y definitivamente vamos a lograrlo, pero estamos adoptando un enfoque gradual a través del sector militar, médico y de carga en nuestro camino hacia un avión de pasajeros".

La empresa ha avanzado en el desarrollo de su base de clientes en torno a estas misiones. Junto con United Therapeutics, Beta ha despertado el interés de Bristow Group, UPS, Blade Air Mobility, LCI y Air New Zealand, quienes acordaron ser los primeros clientes de uno o ambos modelos de aviones de Beta. La empresa también es socia de la Fuerza Aérea y el Ejército.

Y a diferencia de algunos de sus rivales eVTOL, Beta elige no operar sus propios aviones, optando en cambio por trabajar con operadores existentes de las partes 135 y 121 que quieren crear una flota sostenible para transportar productos y personas por todo el país y el mundo.

"Tenemos mucho que hacer para certificar la aviación eléctrica, y asociarnos con esos operadores no sólo es una buena estrategia, sino que es la forma más eficiente y segura de llevarlos al mercado", afirmó Clark.

Desde una perspectiva de mantenimiento, Belzile dijo que los operadores deberían ver una reducción de costos y tiempo de inactividad con un avión eléctrico. Por ejemplo, dijo que se necesitarían unos 30 minutos para instalar un nuevo motor en un avión eléctrico, en comparación con 1,5 días para instalar una nueva turbina de gas en un helicóptero.

"Los costos de operación también son significativamente más bajos", dijo Belzile. “Si volamos 200 millas náuticas con nuestro avión, costaría entre 15 y 17 dólares de electricidad, mientras que un Cessna Caravan costaría entre 600 y 800 dólares de combustible para aviones. No sólo es fantástico para el medio ambiente, sino también para el bolsillo”.

Con un avión casi listo para la certificación y dos prototipos a gran escala que realizan pruebas con tripulación casi a diario, la compañía ahora está centrando su atención en la fabricación de su avión eléctrico.

"Es esa transición de la investigación y el desarrollo a la fabricación, y estamos realmente listos para ponernos manos a la obra y construir aviones", dijo Rayan El-Kotob, ingeniero de fabricación de Beta. "Creo que es un gran punto de inflexión para que las empresas muestren un gran crecimiento".

En junio de 2022, Beta inició la construcción de su nueva instalación de fabricación de 188,500 pies cuadrados (17,500 metros cuadrados), que está en camino de entrar en funcionamiento y comenzar a construir su primer avión este otoño. Esta será la primera instalación de fabricación a escala de aviones eléctricos en los EE. UU., y lo que Beta cree que es la instalación de fabricación neta cero más grande al este del río Mississippi.

"Eso requirió mucho tiempo y esfuerzo tanto en la logística, los permisos y la construcción en sí", dijo Clark. "Todo el mundo piensa en la fabricación como en un gran edificio y un grupo de personas, pero hay mucha ingeniería involucrada en eso".

Cuando se construyen aviones, la certificación de producción es tan importante como la certificación de tipo, dijo Clark, “por lo que todo, desde la inspección entrante, los controles de calidad, el inventario, todos los sistemas ERP [planificación de recursos empresariales], han sido hitos importantes que superar. .”

"El mayor desafío que enfrentaremos al capacitar a la gente en esta nueva industria es que existen muchos diseños [eVTOL] diferentes", dijo Caputo. "Las áreas más importantes en las que tendremos que centrarnos son el conocimiento de los sistemas y las diferentes interfaces del vehículo piloto en las pantallas: comprender una integración muy compleja con un sistema de gestión de baterías y cómo se muestra esa información al piloto".

En un esfuerzo por formar talentos cualificados en el sector eVTOL, Beta se ha asociado con la empresa de formación en aviación CAE para desarrollar un programa de formación para pilotos de aviones eléctricos y técnicos de mantenimiento de próxima generación. Beta dijo que el plan de estudios se diseñará específicamente en torno a su avión Alia-250 y estará disponible para los operadores de sus clientes para capacitar a sus equipos.

Beta también está trabajando con el Centro Técnico de Burlington y otras escuelas vocacionales locales para garantizar que los estudiantes reciban capacitación en las áreas de controles de vuelo por cable, compuestos de fibra de carbono y motores eléctricos, de modo que estén preparados para trabajar en el futuro eVTOL. aeronave.

En general, Caputo sostiene que el vehículo de Beta es un “avión sencillo de mantener” y que muchas de las habilidades existentes en ingeniería aeroespacial pueden transferirse al sector eVTOL. La compañía también cree que la novedosa tecnología eVTOL realmente atraerá a posibles pilotos e ingenieros de mantenimiento para ingresar al incipiente sector.

Así fue como Colton Poulin acabó en Beta. Poulin es un ingeniero electrónico y pasante que se unió a la empresa hace tres años después de recorrer las instalaciones y presenciar el desarrollo de aviones eléctricos de próxima generación.

"Me intrigó y supe que era algo que quería hacer", dijo Poulin, que trabaja con los controles de vuelo y los equipos de simulación en Beta. "Estaba estudiando ingeniería eléctrica, así que me pareció una gran opción".

Beta ofrece nuevas oportunidades para que pasantes como Poulin adquieran experiencia práctica trabajando en aviones eléctricos.

"Cada día experimento una nueva oportunidad, incluso si es algo tan pequeño como encontrar un nuevo componente o un nuevo sensor que aún no he usado", dijo Poulin. "Todos en Beta quieren compartir sus conocimientos, por lo que poder tener la oportunidad de absorber toda la información que cada ingeniero de Beta quiere compartir ha sido realmente fantástico".