Bell presenta el diseño completo del taxi aéreo Nexus

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Bell ha revelado un sistema de propulsión eléctrica híbrida que utiliza seis ventiladores con conductos inclinables para su vehículo de taxi aéreo, al que ha denominado Bell Nexus.

El Nexus se presentó en forma de maqueta a gran escala en CES 2019 en Las Vegas, Nevada, donde se le unió en el stand de Bell una experiencia de "controles de vuelo futuros" que la compañía lanzó para ayudar a informar el diseño de interfaz del piloto de la aeronave.

El vicepresidente de innovación de Bell, Scott Drennan, dijo que el desarrollo de las tecnologías detrás del Nexus presagiaba "una nueva era de vuelo" y cree que las operaciones comerciales viables para este tipo serán posibles a mediados de la década de 2020. El primer vuelo de un demostrador tecnológico totalmente autónomo está previsto para principios de la década de 2020.

"El concepto de taxi aéreo no es realmente nada nuevo para nosotros; hemos estado trasladando personas sobre obstáculos urbanos durante mucho tiempo", dijo Scott Drennan, vicepresidente de innovación de Bell. "Lo que es nuevo es la aparición y el desarrollo de tecnologías que permiten operaciones de movilidad aérea urbana a escala seguras, silenciosas, eficientes y, quizás lo más importante, asequibles, utilizando pequeños aviones de elevación vertical eléctricos e híbridos eléctricos altamente automatizados".

Según Bell, Nexus deriva su nombre de estar en el nexo entre transporte y tecnología, y entre comodidad y conveniencia. Y aunque el Nexus se está desarrollando en colaboración con Uber, Drennan enfatizó que Bell no está construyendo el avión únicamente para la empresa de tecnología de viajes compartidos.

Es el segundo año consecutivo que Bell aparece en CES, una meca para mostrar los últimos desarrollos e innovaciones tecnológicas de todo el mundo, y sigue a la presentación de la maqueta del fuselaje del Nexus en el evento hace 12 meses.

Bell ha elegido cuidadosamente el evento como el campo de pruebas perfecto para la tecnología, y sus asistentes "early adopters" son exactamente el tipo de personas que probablemente serán los primeros usuarios de este tipo de nuevo proyecto de movilidad aérea urbana. Y, dada la promesa de los taxis aéreos de llevar el transporte de elevación vertical a las masas, la respuesta temprana de quienes están fuera de los círculos tradicionales de la aviación es crucial.

Fue el deseo de mejorar la “accesibilidad” del avión lo que ayudó a decidir la elección de los ventiladores con conductos para el Nexus, dijo Drennan.

"Creemos que [las personas] que se acerquen a un vehículo aéreo como este por primera vez apreciarán la naturaleza cubierta o la naturaleza introvertida de nuestras palas de rotor aquí", dijo.

El avión tiene tres ventiladores con conductos de cuatro palas, cada uno de los cuales mide aproximadamente dos metros y medio de diámetro, conectados por encima del nivel de las puertas a cada lado del fuselaje. Los conductos delantero y trasero están cerca del fuselaje, mientras que los conductos intermedios se extienden al final de "alas" cortas, lo que le da al avión una huella en forma de disco que es muy familiar para la comunidad de despegue y aterrizaje vertical (VTOL).

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Tres ventiladores giran en el sentido de las agujas del reloj y tres en el sentido contrario para equilibrar el par que genera el avión, y el control de rpm está separado del motor, lo que le permite continuar funcionando incluso cuando las palas están paradas. Las aspas del ventilador podrán arrancar y detenerse extremadamente rápido, dijo Bell, lo que resultaría extremadamente útil para cargar y descargar pasajeros de manera eficiente.

Los rotores y conductos del avión no sólo proporcionan su empuje, sino que también sirven para controlar el cabeceo, el balanceo y la guiñada del avión.

En términos del tamaño del avión, el Nexus cabe en una caja de 40 por 40 pies. "Esto no es un juguete", dijo Drennan. "Creo que nuestros competidores serios en todos los ámbitos mostrarán vehículos de tamaño similar".

Bell cree que este tamaño de vehículo, con un peso bruto de “alrededor de 6.000 libras” y capaz de transportar a cuatro pasajeros y un piloto, alcanzará el punto ideal del mercado potencial de taxis aéreos.

Los conductos del avión desempeñan un papel crucial a la hora de permitirle alcanzar el rendimiento necesario para transportar tales cargas, mejorando la potencia producida por el sistema de propulsión eléctrica híbrida del Nexus. (Los conductos también mantendrán al mínimo el ruido que produce el Nexus, una consideración crucial para la aceptación pública de flotas de este tipo de aviones en nuestros cielos urbanos).

Un nuevo enfoque de la propulsión

En el “sistema de propulsión eléctrica híbrida en serie” utilizado en el Nexus, se utiliza un motor de turbina, similar al utilizado en un helicóptero tradicional, para hacer girar un generador eléctrico, produciendo electricidad de CC. Luego, esa electricidad se distribuye a través de un sistema de control de energía redundante a los seis ventiladores del avión.

Cada ventilador tiene un motor eléctrico de accionamiento directo, lo que elimina la necesidad de una caja de cambios y reemplaza los ejes de conexión de un helicóptero tradicional con cables.

El Nexus también tiene una batería de alta potencia que proporciona energía adicional a la aeronave cuando la necesita (como durante el despegue o el vuelo estacionario) y sirve como fuente de energía redundante para todo el sistema si el motor falla, lo que permite que la aeronave aterrizar con seguridad por sus propios medios.

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Esta es una característica de seguridad clave para el avión, afirmó Drennan.

"Verás a algunos de nuestros competidores usando paracaídas y demás [en caso de falla del motor], y Bell no hará eso en el entorno urbano del que estamos hablando", dijo. "Creemos en el descenso controlado al suelo bajo el poder".

La simplicidad es el núcleo del sistema, según Kyle Heironimus, director de propulsión del Nexus.

"Obviamente, con esa simplicidad viene la confiabilidad, los costos de mantenimiento reducidos y el precio de compra más bajo", dijo.

Heironimus dijo que Bell decidió optar por un sistema de propulsión eléctrica híbrida para la aeronave (en lugar de un sistema totalmente eléctrico) después de consultar con varias partes interesadas e identificar las métricas de rendimiento objetivo para la aeronave.

"Reconocimos que con la tecnología actual disponible, incluso la tecnología del mañana en el corto plazo, una solución eléctrica híbrida era la mejor opción para cumplir con ese rango de flexibilidad [operacional]", dijo.

El motor está integrado en la parte trasera del techo del vehículo.

Sin embargo, aunque Heironimus enfatizó que Bell no ha descartado el uso de fuentes de propulsión totalmente eléctricas u otras fuentes de propulsión en el futuro, tal cambio claramente no está en el pensamiento de la compañía a corto plazo.

Dijo que Safran, uno de los socios de Bell en el programa Nexus, era una de las pocas empresas en el mundo que tenía todas las capacidades bajo un mismo techo para crear un sistema de propulsión eléctrica híbrida de “grado aeroespacial”.

"Eso incluye motores de turbina, máquinas eléctricas de alta potencia, distribución de alto voltaje y luego, por supuesto, de importancia crítica es la integración y el control de todo eso", dijo.

En julio de 2018, Safran completó su primera prueba en tierra de un sistema híbrido de propulsión eléctrica distribuida en una plataforma especialmente diseñada en sus instalaciones cerca del aeropuerto de Pau-Pyrénées, en Francia. "Esta prueba marca un gran paso adelante para demostrar nuestra capacidad de ofrecer soluciones de propulsión híbrida para los aviones del mañana", afirmó Jean-Baptiste Jarin, vicepresidente del programa de sistemas de propulsión híbridos de Safran Helicopter Engines, en un comunicado de prensa emitido en ese momento.

El sistema en el banco de pruebas de Safran tiene “una configuración muy similar” a la utilizada en el Nexus, dijo Heironimus.

La batería del Nexus, producida por Electrical Power Systems, está construida con celdas basadas en iones de litio contenidas en un paquete con un sistema de gestión de batería. Esto monitorea las celdas y puede cerrarlas si no están funcionando de manera segura, dijo Heironimus. La composición química de las células puede cambiar cuando el avión entre al mercado a mediados de la década de 2020, añadió.

Para empezar, el Nexus está siendo diseñado como un avión pilotado para una mayor aceptación por parte de los clientes, pero Bell tiene en mente un vuelo completamente autónomo para la operación a gran escala del avión. "Necesitaremos hacer la transición al vuelo autónomo para que el argumento comercial [para el Nexus] realmente funcione y tenga sentido", dijo Drennan.

Repensar los controles de vuelo

Jeff Epp, líder de sistemas de control de vuelo del Nexus, dijo que el sistema es "diferente a todo lo anterior", con un sistema de control de vuelo distribuido con actuadores totalmente eléctricos, es decir, sin sistema hidráulico.

La naturaleza de vuelo por cable del sistema permite la flexibilidad de operaciones pilotadas o autónomas, y brinda la oportunidad de controles "no convencionales" en la cabina, dijo Epp. Bell está trabajando con el grupo de sistemas de control de vuelo de Thales, con sede en Montreal, Quebec, en los controles del Nexus, mientras que Moog es socio en los sistemas de actuación del avión.

El cerebro del Nexus es la computadora de gestión del vehículo (VMC), que puede gestionar o controlar los sistemas del avión. Esto se está desarrollando en asociación con Garmin.

"El objetivo del VMC es ser el asistente de piloto definitivo, reduciendo la carga de trabajo del piloto, mejorando la conciencia situacional y aumentando la seguridad", dijo Frankie Mazzei, líder de aviónica del Nexus. Bell quiere que el VMC tenga funciones de comunicación y navegación, sirva como director de vuelo para el sistema de control de vuelo y tenga la capacidad de gestionar el vuelo: cargar y almacenar planes de vuelo para utilizarlos en el espacio aéreo en el que opera. Finalmente, interactuará con los sensores de aeronaves existentes y con la tecnología de sensores futura.

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La naturaleza exacta de la interfaz del piloto (los controles que el piloto utilizará para volar la aeronave) aún se está determinando.

“Hasta ahora, cuando construíamos cualquier tipo de vehículo, siempre teníamos una cantidad muy conocida de cuál iba a ser el operador. Ahora ya no”, dijo Jim Gibson, piloto de pruebas experimentales en Bell. "La industria anuncia que la movilidad aérea será para las masas, y ciertamente Bell espera que así sea para las masas, pero el desafío del diseño es que ahora tenemos que diseñar los controles y el avión para las masas".

Para ayudarlo a hacer esto, Bell está comenzando desde cero, observando cómo un miembro del público que no sea piloto interactuaría con los controles de vuelo. La compañía ha creado simuladores de "Controles de vuelo futuros" para recopilar los datos que necesita de operadores potenciales para comprender qué diseños serán más intuitivos para aquellos que no tienen experiencia en aviación, pero que potencialmente podrían volar aviones de taxi aéreo como el Nexus. .

Espera que los simuladores de base fija, que incluyen controles simples y duales, así como controles tradicionales de helicópteros, le muestren qué acciones e interfaces serán más fáciles de usar para los no pilotos para controlar un avión de elevación vertical. Una breve encuesta completada por los participantes antes de cada vuelo mostrará qué experiencias y habilidades previas (si las hubo) contribuyeron a las acciones de cada participante.

Los simuladores se llevarán a CES y Heli-Expo, así como a otros eventos, y Bell incluso planea llevarlos a escuelas y universidades para llegar al futuro grupo demográfico de posibles "pilotos".

Construyendo una estrategia eVTOL

La estrategia eVTOL de Bell se basa en cuatro marcos integrados: operativo, regulatorio, de fabricación y tecnológico.

El marco operativo de la compañía la está ayudando a definir los requisitos para una red de movilidad aérea urbana bajo demanda, que abarca la participación de la comunidad, el desarrollo de infraestructura, consideraciones de seguridad y acústicas, y la necesidad crucial de desarrollar un producto final que sea realmente asequible.

La pieza regulatoria del rompecabezas implica discusiones en curso con la Administración Federal de Aviación (FAA), la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA) y otras partes interesadas regulatorias para establecer un enfoque integrado que abarque los requisitos de vehículos, operativos y de tráfico aéreo.

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"Creemos firmemente que las expectativas actuales de seguridad de la aviación deben ser cumplidas e incluso superadas por estos nuevos vehículos [y] por sus modelos operativos, y la propia infraestructura operativa también debe mitigar los riesgos en el camino", dijo Drennan. "Un enfoque regulatorio holístico ayudará a proporcionar un paso claro hacia el cumplimiento y el permiso para operar conceptos de movilidad aérea urbana".

El marco de fabricación refleja la importancia de contar con un proceso de fabricación y montaje "confiable y repetible" para Nexus.

"La calidad y la seguridad son expectativas básicas para todos nosotros, por lo que los esfuerzos principales aquí se centran en el costo, el peso y el impacto ambiental", dijo Drennan.

Finalmente, el marco tecnológico se basa en las necesidades creadas por los otros tres marcos. Bell cree que está creando las bases para “una nueva era de vuelo” a través de las tecnologías que están desarrollando la empresa y sus socios.

Drennan cree que el desarrollo de la tecnología es quizás el aspecto más fácil de llevar al mercado aviones como el Nexus.

"Es muy fácil para todos hablar sobre la tecnología; entusiasma a todos y, de todos modos, es algo así como lo que hacen los ingenieros del equipo", dijo. “Pero creemos que el modelo operativo, ese primer marco, será un desafío. ¿Cómo se gestiona el espacio aéreo? ¿Cómo es que los vehículos no sólo se comunican entre sí, sino también con la infraestructura con la que tienen que interactuar, y luego también con el sistema principal de control de tráfico aéreo? Así que creo que será un desafío bastante bueno”.

El público podrá ver el Nexus a escala completa en CES y luego en la Heli-Expo 2019 de la Helicopter Association International (HAI) en Atlanta, Georgia, que se llevará a cabo del 5 al 7 de marzo.

Bell llevó una maqueta del fuselaje del Nexus a CES y Heli-Expo el año pasado, y la primera sirvió como una oportunidad para presentar el concepto de movilidad aérea urbana a un nuevo grupo de clientes. Este año, a la maqueta a escala real (en una configuración de uno, dos y dos pasajeros) se unirán los futuros simuladores de controles de vuelo y el multicóptero APT que la compañía está desarrollando.

"Los desafíos que enfrentan nuestros centros de población no van a desaparecer y no se resolverán mediante medios convencionales", dijo Drennan. "Aún queda mucho trabajo por hacer para crear una red de movilidad aérea urbana viable, pero creemos que el futuro es real, posible y llegará a una ciudad cercana".