El fabricante de aeronaves utiliza las soluciones Siemens para reducir el tiempo de desarrollo de productos para aviones compuestos totalmente eléctricos

Un cambio disruptivo

Cuando George Bye tenía ocho años, su madre lo llevó en su primer vuelo en un Piper Cub. Desde entonces ha estado enganchado a la aviación. Primero como piloto y entrenador de las Fuerzas Aéreas estadounidenses, luego como ingeniero aeroespacial y profesor y ahora como director ejecutivo (CEO) y fundador de Bye Aerospace (Bye). Le mueve la idea de tender un puente entre el pasado y el futuro de la aviación.

«Lo que es disruptivo y cambia la oportunidad con los aviones eléctricos es el sistema de propulsión», afirma Bye. «La trayectoria de los motores eléctricos y las baterías y su evolución desde hace 10 y 20 años hasta la actualidad permite por primera vez desarrollar un avión muy disruptivo, con menores costes operativos, sin CO2 y con un nivel de ruido muy bajo. Es la clave que lo cambia todo».

Búsqueda de la certificación de la FAA

Bye Aerospace tiene dos proyectos de aviones eléctricos muy avanzados en el proceso de certificación de aeronaves 14 del Código de Reglamentos Federales (CFR) 23 de la Administración Federal de Aviación (FAA). El primero y más importante es el avión de entrenamiento biplaza eFlyer 2. Estos dos proyectos abarcan desde la fase de preparación para la compra hasta la fase de investigación y desarrollo (I+D).

«La certificación de la FAA es la puerta de entrada a la calidad y a la seguridad», asegura Bye. «Por primera vez en la historia, ahora tenemos un proceso con ellos para la propulsión eléctrica de aviones».

«Somos pioneros, por así decirlo, en la arista de entrada de la certificación», dice Tom Bowen, ingeniero jefe. «Tenemos una relación muy cooperativa con la FAA porque somos los primeros. Somos la primera aeronave que se certifica con propulsión eléctrica según los estándares FAR 23. Por tanto, dependen mucho de nosotros no solo para interpretar la tecnología, sino para que les digamos cómo se relaciona con las normas y cómo deben aplicar los métodos de cumplimiento, de modo que podamos demostrar que cumplimos sus normas».

Transición fluida del diseño al análisis

El eFlyer 2 es un avión totalmente compuesto con aerodinámica avanzada, alta tecnología y lo último en aviónica. Tiene un bajo número de piezas, pero es un sistema robusto, lo que lo convierte en un avión duradero.

Uno de los puntos atractivos del avión es la autonomía de vuelo, que depende directamente del peso, por lo que el uso de materiales compuestos es una parte fundamental de su estrategia. El departamento de Estructuras de Bye ha utilizado varias soluciones de Siemens Digital Industries Software para ayudarles a despegar, sobre todo el portfolio Fibersim™ y el software NX™. Utilizan Fibersim para optimizar la integridad estructural del fuselaje compuesto y NX para desarrollar la forma exterior del avión. Fibersim se utiliza para construir las capas de compuestos de afuera hacia adentro.

La empresa también utiliza el software Teamcenter® para los datos de producto y la gestión integral, el software Simcenter™ STAR-CCM+™ para la dinámica de fluidos computacional (CFD), el software Simcenter 3D para análisis, pruebas y certificación y el software Capital™ para arneses eléctricos y diseño. El uso de estos cinco productos, que forman parte de la plataforma empresarial de software, hardware y servicios Siemens Xcelerator, ha permitido a Bye crear un proceso integral sin fisuras.

«La razón por la que usamos NX en lugar de otro sistema CAD es porque tiene una transición más fluida desde el diseño hasta el análisis, lo que nos da más tiempo para hacer más iteraciones en nuestro diseño», dice Parijaat Malik, ingeniero sénior de sistemas mecánicos. «Podemos hacer fácilmente algunos cambios y analizar ese diseño, y simplemente hacer los cambios que necesitamos para que ese diseño en particular funcione. Además, una de las cosas más importantes que ofrece NX es el enlace WAVE, que hace que el conjunto parametrizado sea mucho más robusto que cualquier otro software CAD disponible».

Una base para futuros productos

«La familia de aviones eFlyer comienza con el eFlyer 2», comenta Bowen. «El esfuerzo que estamos poniendo en la definición del eFlyer 2 en el software de Siemens es la base de todos los productos futuros. La secuencia típica del programa cuando cambiamos de modelo es lo que llamamos una fase de desguace, en la que cogemos lo que no se ajusta a nuestro modelo futuro, lo desguazamos y volvemos a empezar con nuestro diseño.

«El software Siemens nos permite más o menos transformar (lo que denominamos rastreo gráfico) este diseño en el siguiente diseño y en el diseño más allá de eso. La ventaja es, por supuesto, que no se trata solo de un cambio físico o de modelado, sino que también tiene los recursos de análisis vinculados a esa única fuente de información, que es el modelo. Por lo tanto, cuando modificamos el modelo, todas las demás actividades relacionadas también se transforman con la aeronave».

«Así pues, lo que ayuda a Bye Aerospace a ser ágil en el proceso de diseño es el enlace WAVE; la capacidad de crear una estructura descendente en la que puedes tomar algo tan simple como una forma y descomponerla en piezas y pasarla a las personas encargadas de diseñar esas piezas y añadirle detalles», dice Malik. «Y gracias al enlace WAVE, puedes pasar fácilmente tus cambios de diseño a otros diseñadores sin tener que celebrar grandes reuniones para comunicar tus cambios de diseño, para asegurarte de que tienes que modificar un montón de cosas únicamente para adaptarte a los cambios de otra persona. Puedes abrir un conjunto, ver lo que está enlazado y los cambios que ha hecho otra persona y saber cómo afectan a tu diseño. A continuación, puedes realizar los cambios necesarios para adaptar el diseño en su conjunto».

Todos los aviones parten del diseño conceptual. Se basa en la idea que tiene la empresa de cómo debe ser el avión y cuáles deben ser sus características de rendimiento. A partir de ahí, Bye comienza a diseñar los sistemas dentro de la aeronave.

«El software de Siemens entra en juego porque empiezas tu diseño conceptual con lo que llamamos una línea óptima simple, que es la forma del avión en NX», afirma Malik. «Empiezas a detallarlos y, basándote en los materiales compuestos que necesitas utilizar y en las tensiones que actúan sobre la estructura del avión, puedes entrar en Fibersim y tener un diseño que detalle las láminas y cuál debe ser la secuencia de esas láminas en la estructura.

»Y puedes poner los datos de Fibersim en NX, lo que brinda el grosor correcto a la estructura y las superficies adecuadas en las que necesitas montar los sistemas».

Diseño pensando en el cambio

«Diseñamos el eFlyer 2 pensando en el cambio», comenta Jim Forrester, director de Diseño e ingeniería. «Utilizamos un proceso de diseño de arriba hacia abajo habilitado por WAVE, que es una funcionalidad de NX. Permite a Bye simplemente actualizar los modelos para reflejar todos los cambios. »Podemos tomar ese eFlyer 2 y cambiar esa forma aerodinámica para transformarlo en un eFlyer 4. Anticipo que tomará alrededor de una semana hacerlo. Es un ahorro de gran magnitud.

»Podemos hacer el mismo número de iteraciones en menos tiempo, o más iteraciones en el mismo tiempo. En Bye Aerospace, estamos haciendo ambas cosas. Estamos reduciendo el tiempo de desarrollo de nuestros productos y haciendo más iteraciones al mismo tiempo. Al final, lo que nos permite es comercializar rápidamente el avión adecuado».

Un «habilitador tecnológico»

«Con un programa típico, obtienes dos iteraciones», comenta Bowen. «Si haces un trabajo excelente, obtienes tres. Con las soluciones de Siemens, se puede iterar semanalmente. La capacidad de iterar a una solución del 99 % o el 100 % de tus necesidades es la mayor ventaja que veo de tener todo el software de Siemens integrado.

«Contamos con 20 personas en el equipo de ingeniería. Una empresa típica tendría entre 50 y 60. La razón por la que podemos hacerlo es porque el software de Siemens está tan integrado que no se necesitan los especialistas tradicionales».

«Como ingeniero de sistemas, creo que la mayor ventaja del software de Siemens es cómo hace que el diseño sea más colaborativo», dice Parijaat Malik.

«En particular, el software NX CAD que estamos usando en este momento es un habilitador tecnológico. Mantiene a Bye Aerospace al frente», dice Bye. «La capacidad de capturar todos los aspectos del diseño de un avión es muy posible. Al capturar el eFlyer 2, el software de Siemens es particularmente capaz de ayudarnos en la transición a lo que viene después».