Výrobce letadel používá řešení společnosti Siemens ke zkrácení doby vývoje výrobků pro plně elektrická kompozitní letadla

Převratná změna

Když bylo Georgi Byeovi osm let, vzala ho matka na jeho první let v letadle Piper Cub. Od té doby je posedlý letectvím. Nejprve jako pilot a instruktor amerického letectva, poté jako letecký inženýr a učitel a nyní jako výkonný ředitel a zakladatel společnosti Bye Aerospace (Bye) se snaží propojit minulost a budoucnost letectví.

„Převratným prvkem u elektrických letadel je jejich revoluční pohonný systém,“ říká Bye. „Trajektorie vývoje elektromotorů a baterií a jejich vývoj od doby před 10 a 20 lety do současnosti umožňuje poprvé vyvinout letadlo, které je skutečně převratné, má nižší provozní náklady, neprodukuje žádné emise CO2 a má velmi nízkou hlučnost. A právě tento kousek skládačky představuje skutečnou změnu.“

Zajištění certifikace FAA

Dva projekty elektrických letadel společnost Bye Aerospace právě procházejí procesem certifikace letadel Federálního úřadu pro letectví (FAA) podle hlavy 14 sbírky federálních zákonů (CFR) v části 23. Prvním a nejdůležitějším je dvoumístné cvičné letadlo eFlyer 2. Tyto dva projekty se pohybují od fáze připravenosti k nákupu až po fázi výzkumu a vývoje.

„Certifikace FAA je vstupní branou k zajištění kvality a bezpečnosti,“ říká Bye. „Poprvé v historii vedeme tento proces u letadla s elektrickým pohonem.“

„Jsme průkopníci a na špici v oblasti získávání certifikací,“ říká Tom Bowen, hlavní inženýr. „S FAA máme velmi vstřícné vztahy, protože jsme první. Máme první letadlo, které má certifikaci s elektrickým pohonem podle norem FAR 23. Hodně na nás tedy spoléhají, že jim nejen vyložíme příslušnou technologii, ale také jim řekneme, jak souvisí s pravidly a jak by měli používat metody shody, abychom mohli prokázat, že splňujeme jejich normy.“

Bezproblémový přechod od návrhu k analýze

Letadlo eFlyer 2 je plně kompozitní letoun s pokročilou aerodynamikou, špičkovými technologiemi a nejmodernějšími inovacemi v oblasti avioniky. Má nízký počet komponent, ale i tak se jedná o robustní systém, což z něj činí velmi odolné letadlo.

Jednou z hlavních předností letadla je dolet, na který má přímý vliv hmotnost, takže použití kompozitních materiálů je důležitou součástí jejich strategie. Strukturální oddělení společnosti Bye Aerospace využilo několik řešení od společnosti Siemens Digital Industries Software, která jim pomohla s rozjezdem, a to především prostřednictvím portfolia Fibersim™ a řešení NX™. Portfolio Fibersim tato společnost využívá k zajištění strukturální integrity kompozitního draku letadla a řešení NX k vývoji jeho vnějšího tvaru. Portfolio Fibersim se používá k vytváření vrstev kompozitních materiálů zvenčí dovnitř.

Tato společnost také používá řešení Teamcenter® pro data výrobků a komplexní správu, řešení Simcenter™ STAR-CCM+™ pro výpočetní dynamiku kapalin (CFD), řešení Simcenter 3D pro analýzu, testování a certifikaci a řešení Capital™ pro kabelové svazky a rozvržení. Těchto pět produktů, které jsou součástí obchodní platformy Siemens Xcelerator zahrnující software, hardware a služby, umožnilo společnosti Bye vytvořit bezproblémový komplexní proces.

„Důvodem, proč používáme řešení NX místo jiného systému CAD, je jeho plynulejší přechod od návrhu k analýze, což nám dává více času na další iterace návrhu,“ říká Parijaat Malik, vedoucí inženýr mechanických systémů. „Můžeme snadno provést několik změn, analyzovat návrh a provést další změny, které potřebujeme k tomu, aby daný návrh fungoval. Jednou z největších výhod řešení NX je propojení vln, díky němuž je parametrizace sestavy mnohem robustnější než u jiných dostupných řešení CAD.“

Základ pro budoucí výrobky

„Rodina letadel eFlyer začíná modelem eFlyer 2,“ říká Bowen. „Úsilí, které věnujeme definici letadla eFlyer 2 v softwaru společnosti Siemens, je základem pro všechny budoucí výrobky. Typickou programovou sekvencí při změně modelů je takzvaná fáze roztrhání, kdy vezmeme to, co se nám na budoucí modelu nelíbí nebo nehodí, roztrháme to a začneme s návrhem znovu.

„Software společnosti Siemens nám umožňuje víceméně přetvořit (nebo také převést) tento návrh do dalšího návrhu a do dalšího návrhu. Výhodou je samozřejmě to, že nejde jen o fyzickou změnu nebo změnu modelování, ale také o analytické zdroje spojené s tímto jediným směrodatným zdrojem v podobě modelu. Když tedy upravíme model, všechny ostatní související prvky se také přetvoří spolu s letadlem.“

„Propojení vln pomáhá společnosti Bye Aerospace být v našem procesu navrhování patřičně agilní. Jedná se o schopnost vytvořit strukturu shora dolů, kde můžete vzít něco tak jednoduchého, jako je tvar, rozdělit ho na části a předat ho lidem, kteří jsou zodpovědní za navrhování těchto komponent a přidávají do něj detaily,“ říká Malik. „A díky propojení vln můžeme snadno předávat své změny v návrhu ostatním konstruktérům, aniž byste museli pořádat velké schůzky, na kterých byste sdělovali své změny v návrhu, abyste se ujistili, že musíte změnit spoustu věcí jen proto, abyste se přizpůsobili změnám někoho jiného. Stačí otevřít sestavu, podívat se na s ní spojené prvky a zjistit, k jakým změnám došlo na straně druhé osoby a jak to ovlivňuje váš návrh. Poté můžete provést požadované změny, abyste přizpůsobili návrh jako celek.“

Každé letadlo začíná koncepčním návrhem. Vychází z představy dané společnosti o tom, jak má letadlo vypadat a jaké má mít výkonové charakteristiky. Na základě toho začne společnost Bye navrhovat systémy uvnitř letadla.

„Software společnosti Siemens v tom hraje významnou roli, protože koncepční návrh začínáte tím, čemu říkáme jednoduchá optimální linie, což je tvar letadla v řešení NX,“ říká Malik. „Začnete je detailně popisovat a na základě potřebných kompozitních materiálů a napětí, která působí na konstrukci letadla, můžete přejít do portfolia Fibersim a vytvořit rozvržení s podrobným popisem toho, jaké vrstvy a v jakém pořadí je potřeba v dané konstrukci použít.

„A data z portfolia Fibersim můžete vložit do řešení NX, které vám poskytne správnou tloušťku konstrukce a správné povrchy, na které je třeba systémy namontovat.“

Návrh s ohledem na změny

„Při návrhu letadla eFlyer 2 máme na mysli také případné změny,“ říká Jim Forrester, vedoucí návrhu a inženýringu. „Používáme proces návrhu shora dolů s podporou propojení vln, což je funkce v řešení NX. To umožňuje společnosti Bye jednoduše aktualizovat modely tak, aby odrážely všechny změny. „Můžeme vzít letadlo eFlyer 2 a změnit jeho aerodynamický tvar tak, aby odpovídal potřebám letadla eFlyer 4, a pak letadlo eFlyer 2 přetvoříme na letadlo eFlyer 4. Předpokládám, že to bude trvat asi týden. Je to opravdu velká úspora času.

„Buď můžeme provést stejný počet iterací za kratší dobu, nebo můžeme provést více iterací za stejnou dobu. Ve společnosti Bye Aerospace děláme obojí. Zkracujeme dobu vývoje našich výrobků a zároveň provádíme více iterací. Díky tomu se můžeme rychle dostat na trh s tím správným letadlem.“

Technologický zázrak

„U běžného programu máte dvě iterace,“ říká Bowen. „Pokud odvádíte velmi dobrou práci, budete mít tři. Díky řešením společnosti Siemens můžeme skutečně iterovat na týdenní bázi, takže možnost vybírat a iterovat na 99 nebo 100 procent řešení vašich požadavků je největší výhodou, kterou vidím v tom, že máme integrovaný veškerý software společnosti Siemens.

„Náš tým inženýrů tvoří 20 lidí. Běžná společnost by jich potřebovala 50 až 60. Důvodem je to, že software společnosti Siemens je tak integrovaný, že nepotřebujete tradiční odborníky.“

„Jako systémový inženýr cítím největší výhodu softwaru společnosti Siemens v tom, že nám umožňuje spolupracovat na návrhu,“ říká Parijaat Malik.

„Řešení NX CAD, které právě používáme, je skutečný zázrak v oblasti technologií. Umožňuje společnosti Bye Aerospace zůstat o krok napřed,“ říká Bye. „Schopnost zachytit všechny aspekty návrhu letadla je skvělá. Software společnosti Siemens nám při zachycení letadla eFlyer 2 pomáhá zejména při přechodu na to, co přijde později.“