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Beschleunigte Elektrifizierung von Flugzeugen durch 3D-Scannen

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Die Elektrifizierung von Fahrzeugen hat in den letzten Jahren viel Tinte und Sendezeit als überzeugende Alternative zu herkömmlichen kraftstoffbetriebenen Autos und Lastwagen erhalten.

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Aber wussten Sie auch, dass F&E-Teams der Luft- und Raumfahrt und universitäre Forschungsgruppen ebenfalls ein Wettrennen um die Entwicklung von Elektroflugzeugen veranstalten, um die explodierenden Kosten im Zusammenhang mit dem Treibstoffverbrauch der Flugzeuge sowie die negativen Auswirkungen treibstoffbetriebener Flugzeuge auf die Umwelt zu mindern? Nach Angaben 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 fortschrittliche Universität in der Provinz Québec, ebnet den Weg für Elektroflugzeuge. Einundzwanzig Studenten der Fakultät für Maschinenbau der Universität sowie örtliche Hochschulstudenten leisten ihren Beitrag zur Umgestaltung der Luft- und Raumfahrtindustrie. Ihr Projekt HERA (Hybrid Extended Range Aircraft) ist ein über zwei Jahre laufendes Studienabschlussprojekt, bei dem es um die Elektrifizierung eines zweisitzigen KR-2-Flugzeugs geht. Um diese gewaltige Leistung zu erreichen, hat das Team den 3D-Scanner HandySCAN von Creaform für Inspektionen, Qualitätskontrolle und Reverse Engineering eingesetzt: "Ziel unseres Projekts ist es, die Machbarkeit der Nutzung von Elektrizität für den Flugzeugantrieb zu beweisen und einen voll funktionsfähigen, leistungsstarken Prototyp eines 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 im Laufe der letzten Monate entwickelt haben, mit anderen Luft- und Raumfahrtschulen und -unternehmen zu teilen, damit sie von unseren Erkenntnissen profitieren und ihre eigenen elektrischen oder hybriden Versionen entwickeln können

Als Hauptsponsor des Projekts bot Creaform dem HERA-Team einen HandySCAN-3D-Scanner an, so dass verschiedene Teammitglieder verschiedene dimensionale Inspektionen durchführen und das gesamte Flugzeug nachbauen konnten. "Da das Flugzeug von Einzelpersonen gebaut wurde, hatten wir keine 3D-Modelle. Außerdem war der erste Prototyp nicht unbedingt vollkommen symmetrisch, und die tatsächlichen Größen einiger Komponenten wichen von unseren Montageplänen ab

Dank der 3D-Messtechnologien von Creaform war das Team in der Lage, präzise und schnell digitale Modelle der internen und externen Struktur des Flugzeugs zu erstellen - alles innerhalb eines Wochenendes und mit der Unterstützung von drei Teammitgliedern. Sagte Lachance: "Die Qualität des digitalen Modells war sehr wichtig, um uns bei der Entwicklung der verschiedenen Systeme des Flugzeugs zu unterstützen", so Lachance Das Team war besonders beeindruckt von der Tragbarkeit und Genauigkeit (bis zu 0,030 mm) des HandySCAN 3D und davon, wie einfach es war, die VXmodel-Software von Creaform und seine Scan-to-CAD-Funktionen zu verwenden. Dadurch konnte das Team seine 3D-Netze in seiner bevorzugten CAD-Software problemlos in CAD-Modelle umwandeln.

Lachance erwähnte auch, dass das HandySCAN 3D die gesamten Mess- und Prüfprozesse beschleunigte, was umständlich und zeitaufwändig gewesen wäre und die Wahrscheinlichkeit von Fehlern erhöht hätte, wenn sie manuell durchgeführt worden wären. Noch beeindruckender: Das Team schätzte, dass es, wenn es traditionelle, manuelle Methoden verwendet hätte, bis zu 300 Stunden für die Durchführung des Mess- und Digitalisierungsprozesses gebraucht hätte. Mit dem HandySCAN 3D dauerte es nur 80 Stunden!

Darüber hinaus ermöglichten die mit HandySCAN 3D erzeugten 3D-Modelle dem Team die Durchführung von Finite-Elemente-Analysen (FEAs) an 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 die Interessenvertreter der Industrie, Seite an Seite mit vielversprechenden Ingenieurstudenten an der Gestaltung der Zukunft leistungsstarker Elektroflugzeuge zu arbeiten", fügte Lachanced hinzu.

Im Moment besteht das Hauptziel des Teams aus technischer Sicht darin, zu beweisen, dass sein Prototyp fliegen kann. Das Flugzeug wird zum ersten Mal auf der Engineering-Veranstaltung der Université de Sherbrooke zum Jahresende und auf einer der größten Ausstellungen Kanadas, auf der Anfang Dezember 2019 technische Projekte vorgestellt werden, vorgestellt. Die ersten Bodentests werden durchgeführt, um die Manövrierfähigkeit und Leistung des Flugzeugs im Januar 2020 zu testen. Zur gleichen Zeit wird das Flugzeug auch von Transport Canada inspiziert. "Wir sind auf den letzten Kilometern, um unser Projekt zum Leben zu erwecken!

"Das Flugzeug wird mit einem Elektromotor und sehr leistungsfähigen Batterien ausgestattet sein", erklärte Lachance. "Eine der größten Herausforderungen bestand darin, eine Lithium-Ionen-Batterie auf sichere Weise zu entwerfen und zu montieren. Das bedeutete, dass wir mehrere Tests durchführen mussten, um das thermische Durchdrehen zu verringern und die elektrischen und mechanischen Leistungsniveaus des Motors zu bestimmen

Darüber hinaus bestand eine weitere Herausforderung für das Team darin, alle Systeme des Flugzeugs nahtlos miteinander zu integrieren. "Da unser Flugzeug ein erstes in Nordamerika ist, wurden bisher noch keine Lufttüchtigkeitsnormen und -standards für diese Art von elektrischem Antrieb entwickelt oder zertifiziert. Die Sicherheit der Batterien und des Piloten stehen an erster Stelle", bemerkte Lachance.

Die Arbeit des HERA-Teams wurde in einem Raum abgeschlossen, der der Unterbringung von Elektrofahrzeugen gewidmet war - im Gegensatz zu einer geschlossenen Laborumgebung. "Wir hatten das Vertrauen, dass die Genauigkeit und Wiederholbarkeit unserer Messergebnisse nicht durch den Standort unserer Arbeit beeinträchtigt wurde Lachance führt die Tatsache, dass ihre Ergebnisse nicht beeinträchtigt wurden, darauf zurück, dass HandySCAN 3D ein selbstpositionierendes Gerät und sein dynamisches Referenzierungssystem ist, das die Position des Scanners auf dem Teil fixiert und es somit unempfindlich gegen Bewegungen und Vibrationen macht.

Das HERA-Projekt der Université de Sherbrooke ist nur ein Beispiel dafür, wie das ACADEMIA-Bildungspaket von Creaform Ingenieurfakultäten auf der ganzen Welt dabei hilft, die Vorteile von 3D-Messlösungen zu nutzen, um sie dabei zu unterstützen, die technologischen Möglichkeiten weiter auszubauen. Tatsächlich führen viele Universitäten von Studenten betriebene Labore mit 3D-Scannern ein, damit die Ingenieure von morgen die Messtechnik praktisch kennen lernen und erstaunliche Projekte mit diesem aufstrebenden Bereich und den damit verbundenen 3D-Messtechnologien entwickeln können.

Bleiben Sie dran für Updates zu den bevorstehenden Testergebnissen von HERA und zu Creaforms zukünftigen Beiträgen zu diesem bahnbrechenden Projekt!

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