Bye Aerospace utilise les solutions Siemens pour accélérer le développement d'avions composites entièrement électriques

Un changement perturbateur

Lorsque George Bye avait huit ans, sa mère l'a emmené effectuer son premier vol dans un Piper Cub. Depuis, il n'a jamais cessé de s'intéresser à l'aviation. D'abord pilote et formateur pour l'armée de l'air américaine, puis ingénieur aéronautique et enseignant, et aujourd'hui président-directeur général et fondateur de Bye Aerospace (Bye), il est animé par l'idée de jeter un pont entre le passé et l'avenir de l'aéronautique.

"Ce qui est révolutionnaire et qui change les opportunités avec les avions électriques, c'est le système de propulsion", affirme M. Bye. "La trajectoire des moteurs électriques et des batteries et leur évolution d'il y a 10 et 20 ans à aujourd'hui permettent pour la première fois de développer un avion très novateur, avec des coûts d'exploitation réduits, sans CO2 et très peu bruyant. C'est la pièce qui change tout."

Obtenir la certification de la FAA

Bye Aerospace a deux projets d'avions électriques bien avancés dans le processus de certification des avions de la Federal Aviation Administration (FAA) (titre 14 du Code of Federal Regulations (CFR), partie 23), le premier et le plus important étant l'avion d'entraînement biplace eFlyer 2. Ces deux projets vont du stade du prêt-à-acheter à celui de la recherche et du développement (R&D).

"La certification FAA est la passerelle entre la qualité et la sécurité", déclare M. Bye. "Pour la première fois, nous avons un processus avec eux pour la propulsion électrique des avions."

"Nous sommes en quelque sorte à la pointe de la certification", déclare Tom Bowen, ingénieur en chef. "Nous avons établi une relation très coopérative avec la FAA parce que nous sommes les premiers. Notre avion est le premier à être certifié avec une propulsion électrique selon les normes FAR 23. Elle dépend donc beaucoup de nous, non seulement pour interpréter la technologie, mais aussi pour lui expliquer comment celle-ci est liée aux règles et comment elle doit appliquer les méthodes de conformité afin que nous puissions démontrer que nous répondons à ses normes."

Passer de la conception à l'analyse en toute transparence

L'eFlyer 2 est un avion entièrement fabriqué avec des matériaux composites, doté d'une aérodynamique avancée, d'une haute technologie et d'une avionique de pointe. Le nombre de pièces est limité, mais le système est robuste, ce qui en fait un avion durable.

L'un des points forts de l'avion est le rayon d'action, que le poids affecte directement. L'utilisation de matériaux composites est donc un élément essentiel de la stratégie de l'entreprise. Le service Structures de Bye a utilisé plusieurs solutions de Siemens Digital Industries Software pour l'aider à démarrer, plus particulièrement le portefeuille Fibersim™ et le logiciel NX™. Les ingénieurs recourent à Fibersim pour optimiser l'intégrité structurelle du cadre aérien en composite et NX pour développer la forme extérieure de l'avion. Fibersim est utilisé pour construire les couches de composites de l'extérieur vers l'intérieur.

L'entreprise utilise également le logiciel Teamcenter® pour les données produits et la gestion de bout en bout, le logiciel Simcenter™ STAR-CCM+™ pour la mécanique des fluides numériques (CFD), le logiciel Simcenter 3D pour l'analyse, les essais et la certification, et le logiciel Capital™ pour les faisceaux de câbles et l'agencement. L'utilisation de ces cinq produits, qui font partie de la plateforme commerciale Siemens Xcelerator, composée de logiciels, de matériel et de services, a permis à Bye de créer un processus continu de bout en bout.

"La raison pour laquelle nous utilisons NX plutôt qu'un autre système CAO est qu'il offre une transition plus transparente entre la conception et l'analyse, ce qui nous donne plus de temps pour effectuer davantage d'itérations sur notre conception", explique Parijaat Malik, ingénieur senior en systèmes mécaniques. "Nous sommes en mesure d'apporter facilement quelques modifications, d'analyser la conception et d'apporter les changements nécessaires pour que la conception en question fonctionne. De plus, l'une des principales fonctionnalités de NX est la liaison WAVE, qui rend l'assemblage paramétrique beaucoup plus robuste que n'importe quel autre logiciel de CAO disponible."

Une base pour les produits futurs

"La famille d'avions eFlyer commence avec l'eFlyer 2", déclare Tom Bowen. "Les efforts que nous déployons pour définir l'eFlyer 2 dans le logiciel Siemens constituent la base de tous les produits futurs. La séquence typique du programme lors d'un changement de modèle est ce que nous appelons une phase de déchirage : nous prenons ce qui ne correspond pas à notre futur modèle et nous l'éliminons, puis nous recommençons notre conception."

"Le logiciel de Siemens nous permet plus ou moins d'adapter cette conception sur la conception suivante et sur celle d'encore après. L'avantage, bien sûr, c'est qu'il ne s'agit pas seulement d'un changement physique ou d'un changement de modélisation, car les ressources d'analyse sont liées à cette source unique de vérité qu'est le modèle. Ainsi, lorsque nous modifions le modèle, toutes les autres activités connexes se transforment également avec l'avion."

"Ce qui aide Bye Aerospace à être agile dans son processus de conception, c'est la liaison WAVE : la capacité de créer une structure descendante où vous pouvez prendre quelque chose d'aussi simple qu'une forme et la décomposer en pièces et la transmettre aux personnes chargées de concevoir ces pièces et d'y ajouter des détails", explique M. Malik. "Et grâce à la liaison WAVE, vous pouvez facilement transmettre vos modifications de conception à d'autres concepteurs sans avoir à organiser de grandes réunions pour communiquer vos modifications de conception, pour vous assurer que vous devez modifier un certain nombre de choses simplement pour tenir compte des modifications de quelqu'un d'autre. Vous pouvez simplement ouvrir un assemblage et voir ce qui y est lié, ainsi que les modifications apportées par l'autre personne et la manière dont elles affectent votre conception. Vous pouvez alors apporter les modifications nécessaires pour tenir compte de l'ensemble de la conception."

Chaque avion est conçu à partir d'une modélisation conceptuelle. Elle est basée sur l'idée que se fait l'entreprise de l'aspect de l'avion et de ses caractéristiques de performance. À partir de cela, Bye commence à concevoir les systèmes situés à l'intérieur de l'avion.

"Le logiciel Siemens joue un rôle à cet égard, car nous commençons notre modélisation conceptuelle par ce que nous appelons une ligne optimale simple, qui est la forme de l'avion dans NX", explique M. Malik. "Nous commençons à détailler les éléments et, sur la base des composites que nous devons utiliser et des contraintes qui agissent sur la structure de l'avion, nous pouvons accéder à Fibersim et consulter un schéma qui détaille les plis et l'ordre de ces plis dans la structure."

"Et nous pouvons introduire les données de Fibersim dans NX, ce qui nous donne la bonne épaisseur de la structure et les bonnes surfaces sur lesquelles nous devons monter nos systèmes."

Concevoir en pensant aux modifications

"Nous avons conçu l'eFlyer 2 en pensant aux modifications", explique Jim Forrester, directeur de la conception et de l'ingénierie. "Nous utilisons un processus de conception descendant rendu possible par la capacité WAVE de NX. Il permet à Bye de simplement mettre à jour les modèles pour refléter toutes les modifications. "Nous pouvons prendre l'eFlyer 2 et modifier sa forme aérodynamique pour qu'elle corresponde à celle de l'eFlyer 4, puis transformer l'eFlyer 2 en eFlyer 4. Je pense que cela prendra environ une semaine, ce qui représente une économie en matière d'ordre de grandeur."

"Nous pouvons soit effectuer le même nombre d'itérations en moins de temps, soit effectuer plus d'itérations au cours du même laps de temps. Chez Bye Aerospace, nous faisons les deux. Nous réduisons le temps de développement de nos produits et réalisons davantage d'itérations en même temps. En fin de compte, ce que cela nous permet de faire, c'est d'arriver rapidement sur le marché avec le bon avion."

Un outil technologique clé

"Dans un programme classique, vous disposez de deux itérations", explique M. Bowen. "Si vous faites du très bon travail, vous pouvez en effectuer trois. Avec les solutions Siemens, nous pouvons itérer sur une base hebdomadaire. La possibilité de composer et d'itérer pour obtenir une solution qui répond à 99 ou 100 % de nos exigences est le plus grand avantage que je vois à l'intégration de tous les logiciels Siemens."

"Notre équipe d'ingénieurs compte 20 personnes. Une entreprise typique en compte 50 à 60. Cela s'explique par le fait que le logiciel Siemens est tellement intégré que nous n'avons pas besoin des spécialistes traditionnels."

"En tant qu'ingénieur système, je pense que le plus grand avantage du logiciel Siemens est qu'il rend la conception plus collaborative", déclare Parijaat Malik.

"Le logiciel NX CAD que nous utilisons actuellement, en particulier, est un outil technologique clé. Il permet à Bye Aerospace de rester à l'avant-garde", observe M. Bye. "La capacité à saisir tous les aspects de la conception d'un avion est grandement facilitée. En capturant l'eFlyer 2, le logiciel de Siemens est particulièrement capable de nous aider à passer à l'étape suivante."