SCHNELLERE ELEKTRIFIZIERUNG VON FLUGZEUGEN MIT REVERE ENGINEERING UND 3D-SCANNING

Die Elektrifizierung von Fahrzeugen hat in den letzten Jahren als überzeugende Alternative zu herkömmlichen, benzinbetriebenen Autos und LKWs viel Aufmerksamkeit erregt.

Aber wussten Sie auch, dass Forschungs- und Entwicklungsteams in der Luft- und Raumfahrt und Forschungsgruppen an Universitäten ebenfalls darum wetteifern, Elektroflugzeuge zu entwickeln, um die in die Höhe schießenden Kosten in Zusammenhang mit dem Treibstoffverbrauch von Flugzeugen sowie die negativen Auswirkungen von treibstoffbetriebenen Flugzeugen auf die Umwelt zu mindern? Laut der International Air Transport Association macht der Treibstoff fast 50 % der Gesamtbetriebskosten eines Flugzeugs aus. Dies ist ein überzeugendes Argument für die Elektrifizierung von Flugzeugen. Und die Flugzeughersteller setzen darauf.

Auch die Université de Sherbrooke, eine zukunftsorientierte Universität in der Provinz Québec in Kanada arbeitet an der Entwicklung von Elektroflugzeugen. Einundzwanzig Studenten des Fachbereichs Maschinenbau der Universität sowie Studenten lokaler Hochschulen tragen ihren Teil dazu bei, die Luft- und Raumfahrtindustrie zu verändern. Ihr Projekt HERA (Hybrid Extended Range Aircraft, Hybrid-Flugzeug mit verlängerter Reichweite) ist ein auf zwei Jahre angelegtes Abschlussprojekt, bei dem es um die Elektrifizierung eines zweisitzigen KR-2-Flugzeugs geht.

Um diese enorme Leistung zu erreichen, hat das Team den HandySCAN 3D Scanner von Creaform für Inspektionen, Qualitätssicherung und Reverse Engineering eingesetzt. „Das Ziel unseres Projekts ist es, die Machbarkeit der Nutzung von Elektrizität für den Flugzeugantrieb zu beweisen und einen voll funktionsfähigen, leistungsstarken Prototyp einer elektrischen KR-2 zu entwickeln – das allererste selbstgebaute Elektroflugzeug in Kanada“, erklärte François Lachance, einer der Projektleiter.

„Die zweite Aufgabe des Projekts besteht darin, das Know-how und die Fähigkeiten, die wir in den letzten Monaten entwickelt haben, mit anderen Luft- und Raumfahrtschulen und Unternehmen zu teilen, damit sie von unseren Erkenntnissen profitieren und ihre eigenen Elektro- oder Hybridversionen entwickeln können.“

Produktdesigntechniken im Reverse Engineering und der Entwicklung neuer Produkte

Als Hauptsponsor des Projekts stellte Creaform dem HERA-Team einen HandySCAN 3D Scanner zur Verfügung, damit verschiedene Teammitglieder verschiedene Abmessungsprüfungen durchführen konnten. Der Scanner wurde auch für das Reverse Engineering des gesamten Flugzeugs verwendet, um die richtige Modellierung zu erhalten.

3D-Scanning und Reverse Engineering zum Erstellen von 3D-Modellen

„Da das Flugzeug von Einzelpersonen gebaut wurde, hatten wir keine 3D-Modelle. Außerdem war der ursprüngliche Prototyp nicht unbedingt perfekt symmetrisch und die tatsächlichen Größen einiger Komponenten wichen von denen in unseren Bauplänen ab“, erklärte Lachance.

Ein schneller Reverse-Engineering-Designprozess

Dank der 3D-Messtechnologien von Creaform war das Team in der Lage, präzise und schnell digitale Modelle der inneren und äußeren Struktur des Flugzeugs zu erstellen – und das alles innerhalb eines Wochenendes und mit der Unterstützung von drei Teammitgliedern.

Produktanalyse mit Reverse Engineering

Lachance führt fort: „Die Qualität des digitalen Modells war sehr wichtig, um uns bei der Konstruktion der verschiedenen Systeme des Flugzeugs zu helfen.“ Das Team war insbesondere von der Fähigkeit von HandySCAN 3D beeindruckt, Experten bei der schnellen Analyse eines Produkts mittels Reverse Engineering zu unterstützen. Seine Tragbarkeit und Genauigkeit (bis zu 0,030 mm) machten den gesamten Prozess effizient. Die VXmodel-Software von Creaform und ihre Scan-to-CAD-Funktionen, die dem Team halfen, ihre 3D-Netze einfach in CAD-Modelle in ihrer bevorzugten CAD-Software zu importieren und zu optimieren, waren ebenfalls sehr einfach zu bedienen.

3D-Scanning beschleunigt sowohl Mess- als auch Prüfprozesse

Lachance erwähnte auch, dass der HandySCAN 3D den gesamten Mess- und Inspektionsprozess beschleunigt hat, der bei einer manuellen Durchführung umständlich gewesen wäre, zu viel Zeit in Anspruch genommen und die Fehlerwahrscheinlichkeit erhöht hätte. Noch beeindruckender: Das Team schätzte, dass es bei Verwendung traditioneller, manueller Methoden bis zu 300 Stunden für die Durchführung des Mess- und Digitalisierungsprozesses benötigt hätte. Mit dem HandySCAN 3D brauchten sie nur 80 Stunden!

Darüber hinaus ermöglichten die mit dem HandySCAN 3D erstellten 3D-Modelle dem Team die Durchführung von Finite-Elemente-Analysen (FEAs) der Flugzeugstruktur. HERA ist das Ergebnis einer gemeinsamen Zusammenarbeit zwischen dem Entwicklungsteam und wichtigen Sponsoren, zu denen Bombardier, Pratt & Whitney Canada, Siemens, Unither Bioélectronique, Optis Ingénierie, Creaform, L3 Harris, National Research Council Canada und MayaHTT gehören. „Es ist eine großartige Gelegenheit für Akteure aus der Industrie, Seite an Seite mit vielversprechenden Ingenieursstudenten zu arbeiten, um die Zukunft von leistungsstarken Elektroflugzeugen zu gestalten“, fügt Lachanced hinzu.

Im Moment besteht das Hauptziel des Teams aus technischer Sicht darin, zu beweisen, dass sein Prototyp fliegen kann. Das Flugzeug wurde zum ersten Mal Anfang Dezember 2019 auf der Ingenieursveranstaltung der Université de Sherbrooke, einer der größten Ausstellungen Kanadas, auf der Ingenieurprojekte vorgestellt werden, präsentiert. Die ersten Bodentests wurden im Januar 2020 durchgeführt, um die Manövrierfähigkeit und Leistung des Flugzeugs zu testen. Gleichzeitig wird das Flugzeug auch von Transport Canada inspiziert werden. „Wir befinden uns auf den letzten Metern, um unser Projekt zum Leben zu erwecken!“

„Das Flugzeug wird mit einem Elektromotor und sehr leistungsstarken Batterien ausgestattet sein“, so Lachance. „Eine der größten Herausforderungen war es, eine Lithium-Ionen-Batterie auf eine sichere Art und Weise zu entwickeln und zu montieren. Das bedeutete, dass wir mehrere Tests durchführen mussten, um das thermische Durchgehen abzuschwächen sowie die elektrische und mechanische Leistung des Motors zu bestimmen.“

Eine weitere Herausforderung, der sich das Team stellen musste, war die nahtlose Integration aller Systeme des Flugzeugs. „Da unser Flugzeug eine Premiere in Nordamerika ist, wurden für diese Art von elektrischem Antrieb noch keine Lufttüchtigkeitsnormen und -standards entwickelt oder zertifiziert. Die Sicherheit der Batterien und des Piloten stehen an erster Stelle“, so Lachance.

Die Arbeit des HERA-Teams fand in einem Raum statt, der für die Unterbringung von Elektrofahrzeugen vorgesehen war – im Gegensatz zu einer geschlossenen Laborumgebung. „Wir hatten die Gewissheit, dass die Genauigkeit und Wiederholbarkeit unserer Messergebnisse nicht durch den Ort unserer Arbeit beeinträchtigt wurde.“ Lachance führt die Tatsache, dass die Ergebnisse nicht beeinträchtigt wurden, darauf zurück, dass der HandySCAN 3D ein selbstpositionierendes Gerät ist und über ein dynamisches Referenzierungssystem verfügt, das die Position des Scanners auf dem Teil fixiert und somit unempfindlich gegenüber Bewegungen und Vibrationen ist.

Das HERA-Projekt der Université de Sherbrooke ist nur ein Beispiel dafür, wie das ACADEMIA-Ausbildungspaket von Creaform Ingenieursfakultäten auf der ganzen Welt dabei hilft, von den Vorteilen der 3D-Messlösungen zu profitieren und die Technologie weiter voranzutreiben. Tatsächlich richten viele Universitäten von Studenten betriebene Labore mit 3D-Scannern ein, damit die Ingenieure von morgen die Messtechnik praktisch erlernen und erstaunliche Projekte mit diesem aufstrebenden Bereich und den damit verbundenen 3D-Messtechnologien entwickeln können.

Bleiben Sie auf dem Laufenden und verfolgen Sie die kommenden Testergebnisse von HERA und die zukünftigen Beiträge von Creaform zu diesem bahnbrechenden Projekt!