Producent samolotów korzysta z rozwiązań firmy Siemens, aby skrócić czas opracowywania w pełni zelektryzowanego, kompozytowego statku powietrznego

Przełomowe zmiany

Kiedy George Bye miał osiem lat, matka zabrała go na pierwszy lot samolotem Piper Cub i w tamtej chwili narodziła się jego miłość do latania. Pragnienie połączenia przeszłości i przyszłości lotnictwa wcielał w życie najpierw jako pilot i szkoleniowiec sił powietrznych Stanów Zjednoczonych, następnie jako inżynier lotnictwa i nauczyciel, a obecnie kontynuuje te działania jako dyrektor generalny (CEO) i założyciel firmy Bye Aerospace (Bye).

„Tym, co stanowi przełom w przypadku elektrycznych statków powietrznych i otwiera nowe możliwości działania, jest ich układ napędowy” – mówi Bye. „Trajektoria rozwoju silników elektrycznych i akumulatorów oraz zmiany, jakie zaszły w nich w porównaniu z sytuacją sprzed 10 czy 20 lat, umożliwiają po raz pierwszy opracowanie niezwykle innowacyjnego samolotu o niższych kosztach eksploatacji, zerowej emisji CO2 i bardzo niskim poziomie hałasu. To jest element, który zmienia wszystko”.

Uzyskiwanie certyfikacji FAA

Firma Bye Aerospace zgłosiła dwa projekty elektrycznego statku powietrznego do certyfikacji przez Federalną Administrację Lotnictwa (FAA, ang. Federal Aviation Administration) zgodnie z tytułem14 Code of Federal Regulations (CFR) 23. Pierwszy i najważniejszy z nich to dwumiejscowy samolot szkoleniowy eFlyer 2. Te dwa projekty obejmują zarówno etap gotowego produktu, jak i etap badań i rozwoju.

„Certyfikacja FAA to brama do jakości i bezpieczeństwa” – mówi Bye. „Po raz pierwszy w historii przeprowadzamy ten proces w odniesieniu do statku powietrznego z napędem elektrycznym”.

„Można powiedzieć, że jesteśmy pionierami, przecierającymi szlaki certyfikacji” – mówi Tom Bowen, główny inżynier. „Mamy bardzo dobre relacje z FAA, ponieważ jesteśmy pierwsi. Jako pierwsi certyfikowaliśmy statek powietrzny z napędem elektrycznym zgodnie ze standardami FAR 23 W związku z tym FAA polega na nas w dużym stopniu, nie tylko jeśli chodzi o interpretację technologii, ale także o jej zgodność z przepisami i stosowanie metod weryfikacji tej zgodności w celu wykazania, że statek powietrzny spełnia wymagane standardy”.

Płynne przejście od projektu do analizy

eFlyer 2 to samolot o zaawansowanych właściwościach wykonany w całości z kompozytów, z zastosowaniem nowoczesnej technologii i najnowszych osiągnięć awioniki. Składa się z niewielkiej liczby części, ma jednak bardzo solidną konstrukcję, co stanowi o jego trwałości.

Jedną z istotnych cech statku powietrznego jest zasięg, na który bezpośrednio wpływa jego masa, w związku z czym zastosowanie materiałów kompozytowych jest kluczowym elementem strategii firmy. Dział odpowiedzialny za konstrukcje sięgnął po różne rozwiązania firmy Siemens Digital Industries Software, aby wystartować z pracą, w szczególności portfolio Fibersim™ i oprogramowanie NX™. Rozwiązanie Fibersim pozwala zoptymalizować wytrzymałość konstrukcji statku powietrznego, a oprogramowanie NX umożliwia opracowanie zewnętrznej bryły samolotu. Rozwiązanie Fibersim służy do nakładania kolejnych warstw kompozytów od zewnątrz do wewnątrz.

Firma używa również oprogramowania Teamcenter® do kompleksowego zarządzania danymi produktu i innymi kwestiami, oprogramowania Simcenter™ STAR-CCM+™ do przeprowadzania analiz mechaniki płynów (CFD), oprogramowania Simcenter 3D do analiz, testów i certyfikacji oraz oprogramowania Capital ™ do projektowania i trasowania wiązek przewodów. Korzystanie z tych pięciu produktów, które wchodzą w skład platformy biznesowej Siemens Xcelerator obejmującej oprogramowanie, sprzęt i usługi, umożliwiło firmie Bye opracowanie bezproblemowego, kompleksowego procesu.

„Używamy oprogramowania NX zamiast innych systemów CAD, ponieważ zapewnia płynniejsze przejście od projektu do analizy, co daje nam więcej czasu na wykonanie większej liczby iteracji projektu”– mówi Parijaat Malik, starszy inżynier systemów mechanicznych. „Jesteśmy w stanie łatwo wprowadzać zmiany i analizować ich wpływ, dzięki czemu możemy wprowadzać tylko takie zmiany, które są niezbędne dla zapewnienia działania projektu. Ponadto jedną z najważniejszych funkcji oprogramowania NX jest Wave Link, możliwość kopiowania powiązań geometrii, co zapewnia niezawodną parametryzację złożeń, skuteczniejszą niż w jakimkolwiek innym dostępnym oprogramowaniu CAD”.

Fundament pod przyszłe produkty

„Rodzina samolotów eFlyer zaczyna się od modelu eFlyer 2” – mówi Bowen. „Wysiłki, jakie wkładamy w zdefiniowanie projektu modelu eFlyer 2 w oprogramowaniu firmy Siemens, zaowocują powstaniem fundamentu pod przyszłe produkty. Typowa sekwencja programu podczas modyfikowania modelu nosi nazwę fazy niszczenia, w której niszczymy wszystko, co nie pasuje do przyszłego modelu, aby zacząć projektowanie od nowa.

Oprogramowanie firmy Siemens pozwala nam w mniejszym lub większym stopniu przekształcać istniejący projekt w nowe produkty. Jego zaleta polega na tym, że nie tylko zmiany fizyczne lub zmiany modelowania, lecz także zasoby analityczne są powiązane z jednym źródłem informacji, czyli modelem. Kiedy więc wprowadzamy zmiany w modelu, wszystkie inne powiązane działania również ulegają zmianie”.

„Firma Bye Aerospace jest w stanie zapewnić elastyczność procesu projektowania dzięki funkcji kopiowania powiązań geometrii, możliwości tworzenia struktury odgórnej, pozwalającej utworzyć bryłę, podzielić ją na części i przekazać osobom odpowiedzialnym za zaprojektowanie konkretnych elementów oraz uzupełnić ich detale”– mówi Malik. „Dzięki funkcji kopiowania powiązań geometrii można łatwo przekazać informacje dotyczące zmian w projekcie innym projektantom bez konieczności organizowania spotkań dużych zespołów w celu poinformowania o poprawkach oraz dostosowywania projektu do zmian wprowadzonych przez inne osoby. Wystarczy otworzyć złożenie i sprawdzić powiązane z nim elementy oraz zmiany wprowadzone przez innych wraz z ich wpływem na projekt. Następnie można wprowadzić wymagane zmiany, aby dostosować cały projekt”.

Każdy samolot zaczyna się od projektu koncepcyjnego, który odzwierciedla wyobrażenie o jego zamierzonym wyglądzie i osiągach. Na tej podstawie firma Bye przystępuje do projektowania układów wewnętrznych.

„Oprogramowanie firmy Siemens ma w tym swój udział, ponieważ projekt koncepcyjny zaczynamy od tzw. prostej optymalnej linii, czyli bryły samolotu w oprogramowaniu NX” – mówi Malik. „Następnie zaczynamy dodawać detale i na podstawie używanych materiałów kompozytowych oraz obciążeń oddziałujących na konstrukcję statku powietrznego tworzymy w rozwiązaniu Fibersim szczegółowy układ warstw konstrukcyjnych i ich sekwencję.

„Dane z rozwiązania Fibersim można przenieść do oprogramowania NX, w którym można określić odpowiednią grubość konstrukcji i opracować niezbędne powierzchnie umożliwiające montaż układów”.

Projektowanie pod kątem łatwiejszego wprowadzania zmian

„Model eFlyer 2 projektujemy z myślą o łatwiejszym wprowadzaniu zmian” – mówi Jim Forrester, dyrektor ds. projektowania i inżynierii. „Korzystamy z odgórnego procesu projektowania umożliwianego przez funkcję Wave w oprogramowaniu NX. W ten sposób firma Bye może łatwo aktualizować modele, aby uwzględnić w nich wszystkie wprowadzone zmiany. „Możemy wziąć model eFlyer 2, zmienić jego kształt aerodynamiczny na odpowiedni dla modelu eFlyer 4, a następnie przekształcić model eFlyer 2 w eFlyer4. Przewiduję, że zajmie to około tygodnia. To oszczędności całego rzędu wielkości.

„Możemy wykonać tę samą liczbę iteracji w krótszym czasie lub więcej iteracji w tym samym czasie. W firmie Bye Aerospace robimy jedno i drugie. Skracamy czas rozwoju produktów i wykonujemy więcej iteracji w tym samym czasie. W ostatecznym rozrachunku pozwala nam to szybko wprowadzić odpowiedni model samolotu na rynek”.

Rozwiązanie ułatwiające korzystanie z osiągnięć technologicznych

„Przy użyciu typowego programu uzyskujemy zazwyczaj dwie iteracje” — mówi Bowen. „Jeśli bardzo się postaramy, uzyskamy trzy. Dzięki rozwiązaniom firmy Siemens możemy wykonywać iteracje co tydzień, co pozwala nam dostosować finalne rozwiązanie w 99 lub 100% do wymagań klienta. Jest to chyba największa korzyść, którą zapewnia nam integracja produktów firmy Siemens.

„Nasz zespół inżynierów liczy 20 osób. W przeciętnej firmie byłoby to od 50 do 60 ludzi. Jesteśmy w stanie to osiągnąć, ponieważ oprogramowanie firmy Siemens jest zintegrowane w takim stopniu, że nie potrzebujemy aż tylu specjalistów”.

„Jako inżynier systemów uważam, że największą zaletą oprogramowania firmy Siemens jest ułatwianie współpracy podczas projektowania” – mówi Parijaat Malik.

„Oprogramowanie NX CAD, którego obecnie używamy, ułatwia nam stosowanie nowoczesnych technologii. co zapewnia firmie Bye Aerospace jej czołową pozycję na rynku”, mówi Bye. „Rejestrowanie wszystkich aspektów projektu samolotu jest o wiele łatwiejsze. Dzięki zarejestrowaniu wszystkich aspektów modelu eFlyer 2 oprogramowanie firmy Siemens pozwala nam bezproblemowo rozpocząć pracę nad następnymi modelami”.