Un produttore di aerei utilizza le soluzioni Siemens per ridurre i tempi di sviluppo dei prodotti per gli aeromobili in materiali compositi completamente elettrici

Un cambiamento dirompente

Quando George Bye aveva otto anni, la madre gli fece fare il suo primo volo su un Piper Cub. In quel momento nacque la sua passione per il mondo dell'aviazione. Prima come pilota e istruttore della U.S. Air Force, poi come ingegnere aerospaziale e insegnante e ora come amministratore delegato (CEO) e fondatore di Bye Aerospace (Bye), George Bye è sempre stato guidato dall'idea di collegare il passato e il futuro dell'aviazione.

"Quando si parla di aerei elettrici, l'elemento veramente innovativo, quello che apre nuove opportunità, è il sistema di propulsione", afferma Bye. "Il passaggio a batterie e motori elettrici e il modo in cui questi ultimi si sono evoluti rispetto a 10 e 20 anni fa rende possibile per la prima volta lo sviluppo di un velivolo assolutamente all'avanguardia, con costi operativi inferiori, zero emissioni di CO2 e rumorosità estremamente ridotta. È questo ciò che fa la differenza".

In cerca della certificazione FAA

Due progetti di velivoli elettrici di Bye Aerospace, di cui il primo e più importante riguarda l'aeromobile da addestramento biposto eFlyer 2, sono attualmente in corso di certificazione, conformemente allo standard FAA (Federal Aviation Administration) 14 Code of Federal Regulations (CFR) 23. Questi due progetti vanno dalla fase di pronto acquisto a quella di ricerca e sviluppo (R&S).

"La certificazione FAA rappresenta una garanzia di qualità e sicurezza", afferma Bye. "Per la prima volta nella storia, ci stiamo dando da fare per ottenere questa certificazione per la propulsione elettrica degli aerei".

"Oserei dire che siamo all'avanguardia nel campo della certificazione", afferma Tom Bowen, ingegnere capo. "Abbiamo un rapporto molto collaborativo con la FAA perché siamo i primi. Siamo i primi a ottenere la certificazione per un aeromobile a propulsione elettrica secondo gli standard FAR 23. Quindi, è compito nostro non solo spiegare alla FAA come interpretare la nuova tecnologia, ma anche illustrare in che modo tale tecnologia si rapporta alle regole esistenti e come dovrebbero essere applicati i metodi di conformità affinché possiamo dimostrare di soddisfare gli standard di certificazione".

Transizione fluida dalla progettazione all'analisi

L'eFlyer 2 è un aereo realizzato interamente in materiali compositi e caratterizzato da aerodinamica avanzata e tecnologia di alto livello e dalle ultime novità in materia di avionica. Pur essendo costituito da un numero di parti ridotto, presenta un sistema robusto, che lo rende durevole.

Uno dei punti di forza di questo aeromobile è l'autonomia di volo, su cui il peso influisce direttamente, quindi l'utilizzo di materiali compositi rappresenta una parte fondamentale della strategia di sviluppo. Il Bye Structures Department ha utilizzato diverse soluzioni di Siemens Digital Industries Software per fare decollare l'aereo, in particolare il portfolio Fibersim™ e il software NX™. Fibersim viene utilizzato per ottimizzare l'integrità strutturale della cellula dell'aereo in materiali compositi, mentre NX viene utilizzato per sviluppare la forma esterna dell'aereo. Con Fibersim vengono realizzati i vari strati di materiali compositi dall'esterno verso l'interno.

L'azienda utilizza anche il software Teamcenter® per i dati di prodotto e la gestione end-to-end, il software Simcenter™ STAR-CCM+™ per la fluidodinamica computazionale (CFD), il software Simcenter 3D per l'analisi, il test e la certificazione e il software Capital™ per il cablaggio e il layout. L'utilizzo di questi cinque prodotti, che fanno parte della piattaforma aziendale di software, hardware e servizi Siemens Xcelerator, ha permesso a Bye di creare un processo end-to-end senza soluzione di continuità.

"Il motivo per cui utilizziamo NX al posto di un altro sistema CAD è che NX offre una transizione più fluida dalla progettazione all'analisi, lasciandoci più tempo per eseguire un maggior numero di iterazioni di progetto", afferma Parijaat Malik, ingegnere meccanico senior. "Siamo in grado di apportare facilmente alcune modifiche e analizzare il progetto e implementare solo le modifiche necessarie a fare funzionare quel particolare progetto. Inoltre, una delle funzioni più importanti offerte da NX è il collegamento WAVE, che rende la parametrizzazione dell'assemblaggio molto più affidabile di qualsiasi altro software CAD disponibile".

Una base per i prodotti futuri

"La famiglia di aerei eFlyer inizia con l'eFlyer 2", afferma Bowen. "L'impegno che stiamo dedicando alla definizione dell'eFlyer 2 nel software Siemens è alla base di tutti i prodotti futuri. In genere, la procedura che adottiamo quando cambiamo modello consiste nel rimuovere ciò che non si adatta al modello futuro e ricominciare a lavorare al progetto da zero.

"Il software Siemens ci permette di trasformare in modo più o meno consistente questo progetto per ottenere il progetto successivo e quello successivo ancora. Il vantaggio, ovviamente, è che non si tratta solo di una modifica fisica o di modellazione, in quanto il nuovo progetto dispone anche delle risorse di analisi collegate a quell'unica fonte di verità che è il modello. Quindi, quando modifichiamo il modello, anche tutte le altre attività correlate si trasformano insieme all'aereo".

Ciò che consente a Bye Aerospace di gestire in modo agile il processo di progettazione, dunque, è il collegamento WAVE, la capacità di creare una struttura di tipo top-down in cui è possibile prendere qualcosa di semplice come una forma, suddividerla in più parti e inviarla alle persone incaricate di progettare quelle parti e aggiungere i dettagli", afferma Malik. "E grazie al collegamento WAVE, è possibile condividere facilmente le modifiche progettuali con altri progettisti senza bisogno di organizzare riunioni per comunicare tali modifiche e per sapere se è necessario modificare qualcosa solo per adattare il progetto alle modifiche di qualcun altro. È sufficiente aprire un assieme per vedere tutto ciò che è collegato a tale assieme e scoprire quali modifiche hanno apportato gli altri utenti e in che modo tali modifiche influiscono sul progetto. Dopodiché, è possibile apportare le modifiche necessarie per adeguare il progetto nel suo complesso".

Ogni piano inizia dal progetto concettuale. Quest'ultimo si basa sull'idea dell'azienda di come dovrebbe essere l'aereo e di quali dovrebbero essere le sue caratteristiche prestazionali. Sulla base di ciò, Bye inizia a progettare i sistemi all'interno dell'aereo.

"Il software Siemens gioca un ruolo importante in questo senso, perché il progetto concettuale inizia con quella che definiamo una semplice linea ottimale di progettazione, che è la forma dell'aereo in NX", afferma Malik. "Si definiscono i particolari e, in base ai materiali compositi che è necessario utilizzare e alle sollecitazioni che agiscono sulla struttura dell'aeromobile, si può passare a Fibersim e generare un layout nel quale sono rappresentati nel dettaglio gli strati che la struttura deve avere e la sequenza di tali strati.

"Inoltre, è possibile inserire i dati di Fibersim in NX per ottenere il giusto spessore della struttura e le superfici su cui devono essere montati i sistemi".

Progettare pensando al cambiamento

"Progettiamo l'eFlyer 2 tenendo conto dei futuri cambiamenti", afferma Jim Forrester, direttore del reparto tecnico e di progettazione. "Usiamo un processo di progettazione top-down basato su WAVE, una funzionalità di NX. Questo processo consente a Bye di aggiornare semplicemente i modelli per riflettere tutte le modifiche. "Possiamo prendere l'eFlyer 2, modificarne la forma aerodinamica in modo da ottenere la forma più adatta per un eFlyer 4 e trasformare l'eFlyer 2 in un eFlyer 4. Penso che ci vorrà circa una settimana. Un notevole risparmio di tempo.

"È possibile eseguire lo stesso numero di iterazioni in meno tempo o un maggior numero di iterazioni nello stesso lasso di tempo. In Bye Aerospace, facciamo entrambe le cose. Abbiamo ridotto i tempi di sviluppo del prodotto e, allo stesso tempo, abbiamo aumentato il numero di iterazioni. Questo ci consente di introdurre rapidamente sul mercato l'aereo giusto".

Un "fattore chiave dello sviluppo tecnologico"

"Con un programma tipico, si ottengono due iterazioni", afferma Bowen. "Se stai facendo un ottimo lavoro, ne ottieni tre. Con le soluzioni Siemens, è possibile eseguire iterazioni su base settimanale, dunque la possibilità di iterare una soluzione al 99 o al 100% in base alle esigenze è il più grande vantaggio dell'avere tutto il software Siemens integrato.

"Abbiamo 20 ingegneri nel nostro team tecnico. Un'azienda tradizionale ne ha tra i 50 e i 60. Il motivo per cui possiamo permetterci di avere un team ridotto è che il software Siemens è così integrato che non sono necessari gli specialisti tradizionali".

"In qualità di ingegnere di sistema, ritengo che il più grande vantaggio del software Siemens sia il modo in cui rende la progettazione più collaborativa", afferma Parijaat Malik.

Il software CAD NX, in particolare, che stiamo utilizzando in questo momento, è un fattore chiave dello sviluppo tecnologico. Consente a Bye Aerospace di rimanere al passo con i tempi", afferma Bye. "Possiamo gestire tutti gli aspetti relativi alla progettazione di un aeromobile. Attraverso la gestione dei vari aspetti dell'eFlyer 2, il software Siemens è in grado di supportare la nostra transizione verso il futuro".