El primer auto de carreras volador tripulado del mundo listo para la serie Airspeeder Racing

Beta Technologies reveló su nuevo prototipo eVTOL el viernes durante un puente aéreo de 30 millas (50 kilómetros) desde su sede en Burlington, Vermont, hasta las instalaciones de prueba de vuelo en Plattsburgh, Nueva York. Allí, el nuevo avión continuará las pruebas en tierra ya iniciadas en Vermont, con pruebas en vuelo y en vuelo estacionario y, finalmente, transiciones entre los dos, todo esperado en los próximos meses.

El muy esperado Alia eVTOL de Beta hizo su debut público el 12 de junio durante su traslado a una instalación de prueba de vuelo en Nueva York. Foto de Eric Adams

El Alia de rotor fijo, como se llama actualmente el código del avión, sucede al prototipo Ava de rotor de inclinación, que se reveló en enero de 2019 y que la compañía utilizó para validar los sistemas de propulsión y control de vuelo, así como para comprender mejor la aerodinámica de eVTOL en aviones pequeños. (Aunque Alia es relativamente grande en comparación con sus competidores eVTOL). El nuevo avión de 6,000 libras (2,720 kilogramos) es completamente volador y utiliza un ala arqueada de 50 pies (15 metros) para levantar en vuelo horizontal; cuatro rotores fijos, montados a nivel del ala, para vuelo vertical; y un accesorio de empuje trasero para acelerarlo más eficientemente mientras avanza. En esa fase, los cuatro rotores se bloquearían en su posición de arrastre más baja.

Según el fundador Kyle Clark, Alia ya tiene meses de pruebas de vuelo suspendido bajo su cinturón, junto con algunas pruebas de taxi de alta velocidad utilizando un conjunto de tren de aterrizaje con ruedas, conocido cariñosamente como “el carrito de compras”, en lugar de los patines normales del avión. . “Completamos las pruebas de taxi de alta velocidad el otro día, y eso fue un gran impulso”, dijo Clark. “Pudimos asegurarnos de tener estabilidad de cabeceo en el avión y levantar las ruedas de morro del suelo y volver a colocarlas. Estamos penetrando en la aerodinámica justo a tiempo para el traslado a Plattsburgh, donde podemos continuar en serio “.

El avión se construyó en el hangar de Beta en los terrenos del Aeropuerto Internacional de Burlington, pero la cadencia constante de los vuelos comerciales allí, así como la unidad de la Guardia Nacional Aérea de Vermont que vuela Lockheed Martin F-35 dos veces al día, significa que llevar a cabo un programa de prueba de vuelo adecuado con varios vuelos cada día sería prácticamente imposible en medio del riesgo siempre presente de que un nuevo tipo de aeronave necesite remolques ocasionales hacia y desde la pista. El plan de Beta siempre ha sido transferir a Alia a Plattsburgh, tal como lo hizo con Ava. Ese aeropuerto, una antigua base de la Fuerza Aérea de EE. UU., Tiene rampas y pistas construidas para acomodar los bombarderos Boeing B-52 y, por lo tanto, mucho espacio. Solo tiene un servicio diario limitado y ninguna torre de control.

A lo largo del programa de prueba de vuelo, Beta servirá efectivamente como un servicio privado de taxi aéreo, con los pilotos de la compañía transportando al personal de un lado a otro del lago varias veces al día. Su departamento de vuelo de 15 aviones incluye un total de cinco pilotos, la mayoría ex militares, con varios miembros adicionales del equipo en entrenamiento. Clark y Nick Warren, un ex piloto del Cuerpo de Marines de EE. UU. Que voló en el Marine One para el presidente Barack Obama, serán los primeros pilotos de prueba para Alia.

Después del puente aéreo del viernes (a través de un helicóptero Sikorsky S-61 operado por Helicarrier), el programa de prueba de vuelo continuará en Plattsburgh con más pruebas de vuelo estacionario y pruebas de taxi de alta velocidad, luego avanzará a vuelo horizontal mientras todavía está en el tren de aterrizaje con ruedas, para Clark entiende que comprende completamente el comportamiento del avión como un avión convencional. Solo entonces se procederá al vuelo vertical, a través de desplazamientos sin atadura, luego inicialmente ascensos y descensos controlados, antes de plegarse en la transición de horizontal a vertical y viceversa.

Alia voló a través del lago Champlain a sus instalaciones de prueba de vuelo en Plattsburgh, Nueva York. Foto de Eric Adams

El equipo espera que valide el trabajo para hacer un diseño limpio y simple. Inicialmente, esto se inspiró en el charrán ártico, un ave con la migración más larga en la tierra, con distancias anuales que promedian alrededor de 45,000 millas (72,000 km). Su aerodinámica hipereficiente se refleja en las alas de arco y las superficies cónicas de Alia. El aerodinámico Mark Page, de DZYNE Technologies, ayudó a perfeccionar la configuración y la aerodinámica general de Alia para cumplir con los desafíos de eficiencia de la capacidad combinada de vuelo vertical y horizontal, en ausencia del aleteo furioso que una golondrina de ave puede usar para saltar al vuelo.

“Seleccionamos un ala que nos permitiría ir lo suficientemente lento como para permitir un diseño de compromiso entre los accesorios de vuelo estacionario y los accesorios de crucero dedicados”, dijo Page. “Si desea que un avión se levante en el aire y se empuje hacia adelante, debe cambiar drásticamente el tono del accesorio o debe tener ese compromiso entre los dos”.

El uso de hélices de paso variable se sentía tan fuera de los límites como los puntales basculantes, ya que ambos requerían hardware pesado y significativo, especialmente si había ocho, 10 o más hélices en el avión. Los sistemas de alas inclinadas resultaron aún más problemáticos, introduciendo características de pérdida asimétricas y poco atractivas, así como transiciones incómodas al vuelo hacia atrás en vuelo estacionario. El producto final tuvo que responder a todos estos desafíos. “Debido a que es VTOL, son cargas sin broma, no solo una carga aerodinámica secundaria”, dijo Page. “Estás recogiendo todo el maldito avión y retorciéndolo con vientos racheados”.

Para concentrarse en un diseño viable, Page se enfocó en mitigar el arrastre, aumentar el tamaño de la cola y usar un ala más grande, todo lo cual mejoró la estabilidad y la eficiencia a bajas velocidades. Los ingenieros también crearon diseños de hélices más robustos y motores torquier para permitir un control inmediato y preciso de la aeronave a medida que avanzaba a través de múltiples fases de vuelo, así como la capacidad de flotar en baja potencia, reduciendo el consumo de la batería. El diseño final es extremadamente “económico”, dijo Page, con la menor cantidad de partes móviles al tiempo que permite la transición, y la configuración de cuatro rotores controlada por computadora permite un movimiento fácil en todas las direcciones mientras está en el modo de desplazamiento.

Hacer que Alia fuera eficiente en el vuelo hacia adelante significaba contrarrestar lo más posible todas las tácticas que implementaron para optimizar el vuelo vertical, incluidos los dos estabilizadores en los que están montados los cuatro rotores. Son aerodinámicos en ambas direcciones, ya que no introducen sus propias turbulencias o vórtices, y también están diseñados para no amplificar la acústica, que son protuberancias tan grandes que tienden a hacerlo.

Otro desafío clave ha sido desarrollar un sistema de control que se sienta equilibrado, natural y predecible para los pilotos en todos los modos de vuelo, sin que ninguno se sienta inestable y los controles nunca sean blandos o inciertos. La autoridad de control persistente es clave, como lo es la armonía entre todas las superficies de control activadas en cada modo y durante la transición. “El objetivo es una amplia envolvente de transición, de modo que transite suavemente a una variedad de velocidades, altitudes, densidades de aire, ráfagas de viento y fuerzas de control”, dijo Page. “Tiene que acomodar condiciones imperfectas y pilotaje imperfecto. La armonía de control le permite tener eso sin volverse inestable. Hace que sea mucho más agradable para el piloto volar y mucho más seguro ”.

El ajuste adicional del flujo de aire ayudó a lograr lo que Page cree que resultará ser un avión suave y laminar con baja resistencia y mínima interferencia aerodinámica de varias interfaces en el avión, como el tren de aterrizaje, el ensamblaje de la cola y la intersección del ala y el fuselaje. Este último es un área particularmente problemática, ya que tiende a cancelar las eficiencias logradas en otros lugares. Para manejarlo, Page hizo que la conexión del ala y el cuerpo se mezclaran extremadamente. No tanto como para llamarlo un avión de cuerpo de ala combinada, sino lo suficiente como para disminuir las pérdidas.

Todo esto fue validado a través de la simulación por computadora, en particular a través del software X-Plane desarrollado por Laminar Research, un programa que es reconocido por sus simulaciones físicas de alta precisión. El creador Austin Meyer sirve como asesor de Beta y contribuyó a los diseños de su sistema de control. El piloto de pruebas Camron “Arlo” Guthrie, que voló el General Dynamics F-16 para la Guardia Nacional Aérea, ha liderado la integración de esta tecnología de simulación para garantizar que se implemente sin problemas para el entrenamiento, así como para el modelado aerodinámico y el desarrollo de control de vuelo.

“Tenemos un sistema de propulsión y una configuración de aeronave totalmente nuevos, y estos necesitan aviónica única, pantallas, interfaces de control y más”, dijo Guthrie mientras demostraba el simulador de vuelo de Alia. “Ahora estamos en nuestra décima iteración de nuestros controles de vuelo, y constantemente estamos probando todo aquí para ver cómo funciona. Es un entorno visual realmente inmersivo para trabajar “.

Intestino

El programa de pruebas de vuelo de Alia continuará con más vuelos suspendidos y pruebas de taxi de alta velocidad antes de avanzar a un vuelo horizontal y luego vertical. Foto de Eric Adams

La primera aplicación de Beta para Alia será acomodar la misión de United Therapeutics, la compañía farmacéutica que proporcionó fondos iniciales para Beta. United Therapeutics está desarrollando órganos artificiales para trasplante humano, y la fundadora Martine Rothblatt, ella misma una aviadora consumada que también patrocinó el desarrollo de una versión eléctrica del helicóptero Robinson R44 por Tier One Engineering, quería un sistema verde confiable para distribuir esos órganos en … demanda. Clark dijo que la urgencia de esa misión obligó al equipo Beta a seleccionar una configuración que generaría el mayor rango y sería el sistema factible más seguro y confiable, es decir, con la menor cantidad de piezas móviles rompibles y también la mayor redundancia.

Los motores Beta desarrollados son esencialmente dos motores en uno para cada rotor, por lo que la probabilidad de falla se reduce drásticamente, y la minimización de las piezas móviles ayudará a acelerar la certificación, un desafío que enfrentan todos los fabricantes de eVTOL. También ha hecho que el proceso de desarrollo esté lleno de muchas menos incógnitas. “No estamos tratando de romper las leyes de la física”, dijo el ingeniero mecánico Manon Belzile. “Es posible que no pueda encontrar la solución más liviana de inmediato, pero ciertamente podemos encontrar soluciones que harán volar este avión. Entonces, cuanto más volamos, más podremos optimizar todo. Es un desafío de ingeniería, pero sabemos que vamos a llegar allí “.

Inmediatamente después de la adopción de United Therapeutics, Alia se adaptará para uso comercial e industrial, un papel como taxi aéreo y aplicaciones militares. Beta ya está demostrando ser parte integral del esfuerzo Agility Prime de la Fuerza Aérea de EE. UU. Para estimular el desarrollo de aviones eléctricos. Junto con Joby Aviation, es una de las dos compañías que recientemente avanzó a la siguiente etapa de apoyo al desarrollo de la Fuerza Aérea en ese esfuerzo.

Beta aún no ha estimado formalmente el alcance y otras especificaciones de Alia, aunque dirá que apunta a 250 millas (400 kilómetros) y tiempos de carga en menos de una hora. Su tecnología de batería aún no se ha revelado completamente, aunque sus paquetes están diseñados y fabricados internamente a partir de celdas de iones de litio disponibles comercialmente. El ingeniero de propulsión Herman Wiegman, ex especialista en almacenamiento de energía de GE Global Research, dijo que el programa es viable con la tecnología de batería existente, aunque con una integración cuidadosa.

“El paquete de baterías es fundamental y muy integral para el éxito de la aeronave”, señaló. “Pero hay que tener cuidado con la presencia de la masa en la aeronave, la cantidad de área frontal dedicada a los paquetes de baterías, la cantidad de resistencia que se inducirá debido a su presencia. Uno no compra simplemente una batería del mercado común e la integra en un avión “. Añadió, sin embargo, que su masa puede ser ventajosa, ya que ayuda a estabilizar el avión contra las ráfagas de viento mientras está en vuelo estacionario, por ejemplo.