Réduire le coût du fret aérien grâce à des conceptions innovantes

Réduire le coût du fret aérien

Natilus est une start-up californienne spécialisée dans la construction de drones commandés à distance. L'objectif de l'entreprise est de réduire le coût du fret aérien de plus de 50 % grâce à une conception réfléchie et à une utilisation plus intelligente de l'espace. La petite équipe d'ingénieurs passionnés, qui ne cesse de s'agrandir, s'efforce de repenser la prochaine génération d'avions de fret. Elle comprend des constructeurs et des concepteurs qui ont travaillé sur plus de 25 programmes d'avions dans les domaines de l'aviation civile, commerciale et militaire.

"Nous pensons qu'en réduisant le coût du fret aérien de 50 % ou plus, nous apporterons des produits plus innovants dans nos boutiques, ce qui permettra de démocratiser le e-commerce transfrontalier et aux régions à faible infrastructure de se développer", déclare Aleksey Matyushev, PDG et fondateur de Natilus. "Pour y parvenir, nous avons besoin d'un nouveau type de véhicule et de repenser nos méthodes."

"Le problème que nous essayons de résoudre est que le fret aérien est trop cher, mais rapide, alors que le fret maritime est pratique, mais très lent", explique M. Matyushev. "Pour vous donner une idée, l'acheminement de marchandises par voie maritime depuis l'Asie jusqu'aux États-Unis peut prendre jusqu'à un mois, mais il est très peu coûteux. Le fret aérien coûte dix fois plus cher, mais peut être effectué en deux ou trois jours. Notre solution vise donc à combler le fossé en offrant la rapidité du fret aérien, tout en réduisant les coûts de 50 à 60 %, afin de se rapprocher des prix du fret maritime. Une fois que l'industrie sera passée aux énergies vertes, que ce soit par le biais de l'hydrogène ou de l'électrification, notamment pour les catégories dans lesquelles se situent nos avions, le fret aérien sera démocratisé. Le fret maritime pourrait presque disparaître - c'est une perspective intéressante à laquelle nous pensons tous les jours."

Se développer dans le secteur du fret aérien

Natilus a déjà reçu plus de 6 milliards de dollars de commandes initiales de la part de grandes compagnies aériennes et de clients du monde entier, avec un carnet de commandes de plus de 400 avions. "D'un point de vue commercial, notre solution a vraiment trouvé sa place," déclare M. Matyushev. "Les compagnies aériennes de fret ont de petites marges d'exploitation, de 3 à 4 %, et peuvent réaliser des bénéfices dans les bonnes années. Si elles remplacent leurs flottes d'avions Boeing et Airbus par nos solutions, cette marge pourrait atteindre 33 %, ce qui représente un changement astronomique pour les résultats financiers."

Les solutions de Natilus répondent également à un autre défi du secteur : la pénurie de pilotes bien formés. Le trafic de passagers devrait doubler d'ici 2035, et les pilotes dans le domaine du fret devraient aider à pallier ce problème. Grâce aux capacités de pilotage à distance, les solutions de Natilus permettront à un seul pilote de commander trois avions à la fois. "L'une de nos exigences est qu'il n'y ait pas de pilote dans le cockpit", indique M. Matyushev. "Notre solution aide à pallier ce problème."

Natilus développe actuellement trois produits, tous dotés d'une cellule en composite de fibre de carbone. Le premier est un avion de 8600 kg avec une envergure de 27 mètres, dont la production devrait commencer à la fin de l'année 2021. Le deuxième est un avion de 60 tonnes, d'une taille similaire à celle d'un Boeing 767, destiné aux vols intérieurs aux États-Unis, mais également capable de desservir l'Europe et l'Asie. Le produit phare est un concurrent de 700 tonnes du Boeing 777, d'une envergure supérieure de 10 %, capable d'effectuer des vols transpacifiques.

La configuration de fuselage intégré de Natilus est une première pour les avions-cargos. "Du point de vue du fret, c'est très logique", explique M. Matyushev. "Le volume interne est supérieur de 50 %, ce qui permet de doubler le volume de fret facturé par vol. Les conceptions conventionnelles commencent à manquer de volume avant même que la masse de l'avion au décollage ne soit maximisée."

Concrétiser une vision audacieuse grâce à des outils d'ingénierie avancée

Pour élaborer ses produits, Natilus se sert du logiciel NX™ pour la conception assistée par ordinateur. Cette solution fait partie de la plateforme Siemens Xcelerator, un ensemble de logiciels, de matériels et de services.

Natilus utilisait auparavant un logiciel de CAO grand public qui était proposé à un prix attractif (un facteur à prendre en compte pour les start-ups), mais qui n'offrait pas de fonctions de surfaçage puissantes, de conception d'assemblages de grande taille et d'autres fonctionnalités nécessaires au développement d'avions de grande taille. Ce logiciel s'est avéré incapable de faire suffisamment évoluer les conceptions pour permettre aux fournisseurs de fabriquer le prototype de production. "Nous avons commencé à travailler avec des surfaçages plus complexes, en particulier avec notre fuselage intégré, avec beaucoup de courbes et de surfaces complexes. Nous ne pouvions pas résoudre les problèmes avec l'autre logiciel," ajoute M. Matyushev.

Siemens NX (et son prédécesseur, Unigraphics) est depuis longtemps utilisé dans l'industrie aéronautique, ce qui a pesé dans le choix de Natilus. "Deux de nos trois cofondateurs ont été très impressionnés par NX lorsque nous travaillions dans l'industrie," ajoute M. Matyushev. "Nous avons étudié d'autres solutions, mais NX est un outil incroyable."

La décision d'opter pour NX a également été motivée par le programme que Siemens a mis en place pour les start-ups éligibles et qui leur fournit des logiciels à des tarifs préférentiels. Le programme reconnaît les défis uniques des start-ups et aide les entrepreneurs à développer pleinement leur activité en utilisant des logiciels à forte valeur ajoutée.

Soutenue par un expert du secteur

La société Natilus travaille avec Saratech Inc., entreprise d'ingénierie et partenaire Smart Expert de Siemens, pour la livraison et la mise en œuvre de leurs solutions. Avec une grande équipe d'ingénieurs et plus de 1 000 clients, Saratech dispose du savoir-faire, de l'expertise technique et des ressources nécessaires pour aider des clients comme Natilus à développer de meilleurs produits.

Collaboration et gestion des données

Natilus travaille également à la mise en œuvre du logiciel Teamcenter™ afin de fournir des outils de collaboration et de gestion des données à son équipe en pleine expansion. Pour la prochaine phase de développement, Natilus prévoit également d'utiliser le portefeuille de logiciels Fibersim™ pour l'ingénierie des composites. "L'avion en est au stade de la conception détaillée. Sa structure est déterminée, mais il n'y a pas encore de noyau en termes de fibre de carbone", explique M. Matyushev. "Fibersim sera intégré à notre flux de travail quotidien pour préparer l'avion pour la fabrication, et passer d'un modèle solide à des noyaux en mousse avec des séquences d'empilement des plis. La structure de la cellule est l'un des éléments dont le délai de livraison est le plus long, et c'est notre principal objectif pour les six prochains mois."

L'équipe de Natilus utilise actuellement des outils de simulation numérique développés par la NASA, en particulier Nastran pour l'analyse des contraintes et FUN3D pour la mécanique des fluides numérique (CFD). L'entreprise évalue d'autres solutions d'analyse par éléments finis du portefeuille de logiciels de simulation Simcenter™ de Siemens pour l'analyse des contraintes.

Agrandir l'équipe

Natilus agrandit actuellement son équipe de développement, et souhaite doubler ses effectifs très prochainement. Elle recherche des ingénieurs en dynamique, des experts en matériaux composites et des ingénieurs en électronique et en propulsion. "Nous recherchons ce qu'il y a de mieux", indique M. Matyushev. "Nous voulons des personnes passionnées par l'aviation, des personnes qui ont travaillé dans le secteur, qui aiment travailler avec leurs mains et dans plusieurs disciplines. Elles entreront dans un environnement au rythme très soutenu." L'équipe élargie sera rapidement intégrée et collaborera au projet de développement en utilisant les solutions de Siemens.

Concurrencer les géants de l'aéronautique

"Nous sommes ravis d'utiliser les solutions de Siemens : elles nous offrent les capacités et la technologie de grandes entreprises aéronautiques comme Boeing ou Airbus à un coût convenable pour une start-up," déclare M. Matyushev. "Nous pouvons opérer dans un environnement d'ingénierie qui est au même niveau que les géants du secteur, ce qui nous met sur un pied d'égalité. Siemens est, pour ainsi dire, un fournisseur global d'outils et de technologies de base qui fonctionnent dans le même environnement, ce qui nous aidera à atteindre les objectifs que nous nous sommes fixés pour nos produits et à proposer des solutions à nos clients."