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Dinge mit Flügeln bauen

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Während der WEAF-Jahreskonferenz im vergangenen Februar nahm Sue Partridge, Head of the Wing of Tomorrow Programme von Airbus, am Rednerpult teil, um interessierte Delegierte über die neuesten Entwicklungen zu informieren. Mike Richardson berichtet von der Konferenz.

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Erhöhte Anforderungen an Leistung und Produktionsgeschwindigkeit erfordern einen radikal neuen Ansatz bei der Konstruktion und Fertigung von Flugzeugflügeln. Bei Airbus Filton leitet ein multifunktionales Team ein europäisches Netzwerk, das daran arbeitet, den Flügel von morgen zu schaffen.

Niemand kann sich sicher sein, wie die nächste Generation von Flugzeugflügeln aussehen wird. Es kann unterschiedlich geformt oder neu montiert werden. Eines ist jedoch sicher: Da die Produktionsraten für Flugzeuge deutlich ansteigen werden, müssen Flügel schneller, einfacher und kostengünstiger in der Herstellung und Montage sein.

"Das Wing of Tomorrow-Programm begann vor einigen Jahren und ist das größte Forschungs- und Technologieprogramm, das weltweit in ganz Airbus stattfindet", sagte Sue Partridge, Head of the Wing of Tomorrow-Programm von Airbus. "Für Großbritannien und insbesondere für den Südwesten sind die Flügel von Airbus ein wesentlicher Treiber für die laufenden Investitionen, die wir in unsere Branche tätigen. Die Tatsache, dass Airbus so viel Gewicht legt, und die Investitionen in dieses Programm sind eine wirklich starke Botschaft. Dieses Programm wird uns helfen, uns auf unsere nächste Produkteinführung vorzubereiten, indem wir Technologien entwickeln, die "out of cycle" sind, so dass wir reif und bereit sind, die nächste Flugzeuggeneration auf den Markt zu bringen"

"Wenn die nächste Produkteinführung stattfindet, wird es viel sorgfältiger Überlegung bedürfen. Das Programm Wing of Tomorrow wird sicherstellen, dass wir, wenn wir diese Entscheidung treffen, bereit sind zu gehen und nicht den historischen Prozess der Markteinführung eines Produkts durchlaufen und auch die Technologien und Fähigkeiten entwickeln, während wir das Produkt entwerfen, mit dem unerwünschten Druck, den dies mit sich bringen kann."

Verkürzte Markteinführungszeit

Laut Partridge wird eine verkürzte Markteinführungszeit unerlässlich sein, wenn Airbus beschließt, das nächste Programm aufzulegen, und es muss viel schneller als je zuvor auf dem Markt sein. Im heutigen Luftfahrtklima sind hohe Produktionsraten ein unverzichtbarer Treiber.

"Durch die Entwicklungsarbeit und die Flügeldemonstratoren, die wir bauen, werden wir die Leistungsfähigkeit, Skalierbarkeit und Grenzen dieser Technologien verstehen, da einige von ihnen möglicherweise nicht unbedingt funktionieren. Der springende Punkt ist, dass man während des Prozesses etwas gelernt hat. Das Verständnis der Skalierbarkeit und der Grenzen wird uns industriell auf das nächste Programm vorbereiten. Es ist eine riesige Investition außerhalb des Zyklus, aber sie ist wichtig für das Geschäft und für die Luft- und Raumfahrtindustrie als Ganzes. Dabei geht es nicht nur darum, dass Airbus die Dinge selbstständig macht - dazu bedarf es einer großen Partnerschaft mit der gesamten Branche."

Warum tut Airbus das? Laut Partridge ist die Steuerung des Übergangs von den heutigen Flugzeugen zur nächsten Generation entscheidend für das Geschäft von Airbus.

"Wir müssen dieses Programm durchführen, damit ein neues Produkt bei der Markteinführung innerhalb eines fünfjährigen Produktentwicklungszyklus in Betrieb genommen werden kann, während es normalerweise acht Jahre dauert. Wir haben einige wichtige Ziele für dieses Programm. Der erste ist unser Ziel zur Verbesserung der Betriebskosten, denn das Produkt, das schließlich in Betrieb genommen wird, muss noch besser sein als unsere bestehenden Produkte"

Im Rahmen des Programms werden auch verschiedene Flügelgrößen untersucht. Lange, schmale Flügel können ein hohes Lift-zu-Schlepp-Verhältnis bieten, was den Kraftstoffverbrauch verbessern könnte. Deshalb experimentiert das Team mit Klappflügelenden, die vor dem Flug ausgefahren und am Boden zurückgeklappt werden können.

Rebhuhn ging weiter: "Technologien müssen hochgefahren und ratenfähig sein. Was die laufenden Kosten betrifft, so handelt es sich bei diesem Programm um einen viel größeren, komplexeren und moderneren Flügel mit neuen Materialien und höherer Leistung, der im schlimmsten Fall nicht teurer als der heutige A321-Flügel sein soll - und der auch eine ausgereifte Technologie beinhalten muss. Wenn wir schnell hochfahren wollen, werden wir durch das Eingehen von Risiken in diesem Programm die Reife vorantreiben, damit der nächste Programmleiter nach mir nicht die gleichen Risiken eingehen muss. Das Programm Wing of Tomorrow ist ein hervorragendes Instrument, um nicht nur physikalische Technologien, sondern auch digitale Fähigkeiten zu entwickeln und zu demonstrieren."

Materialgewinne erzielen

Ein verstärkter Einsatz von Verbundwerkstoffen eröffnet auch neue Möglichkeiten in Bezug auf Flügelkonfiguration und -konstruktion, da weniger Einzelkomponenten benötigt werden. Airbus arbeitet eng mit dem National Composite Centre (NCC) zusammen, um die Grenzen der Verbundwerkstoffproduktion weit über die derzeitigen Fähigkeiten hinaus zu verschieben.

"Die Hauptstrategie besteht darin, hart daran zu arbeiten, wiederkehrende, kostenkonforme Kohlefaserstrukturen zu entwickeln, d.h. wie können wir einen Verbundflügel kostengünstig und mit sehr hoher Geschwindigkeit herstellen. Es erfordert enorme Investitionen und eine entscheidende Partnerschaft mit dem NCC - und auch in diesem Aspekt des Programms ist eine sehr wichtige Zusammenarbeit mit GKN Aerospace und anderen Partnern erforderlich.

"Wir prüfen neue Wege für den Einsatz integrierter Systeme, darunter Kostensenkung, Produktivität und neue Ansätze in der Montage und Automatisierung. Unser Ziel ist es, drei Flügel-Demonstratoren in Originalgröße zu liefern. Der erste wird getestet, um die strukturellen Fähigkeiten der von uns entwickelten neuen Technologien zu verstehen, der zweite wird vollständig ausgestattet sein und der dritte wird verwendet, um unsere Tariffähigkeit zu testen.

"Wir haben uns für die Leistungsoptimierung und die Planform des Demonstrators entschieden, indem wir ihn bewusst sehr herausfordernd gemacht haben, denn wir versuchen festzustellen, wo die "Klippenkanten" sind und wo die Grenzen liegen. Die Architektur dieser Demonstratoren ist eine sehr extreme Ecke der Hülle, daher sollte sie alle Basen abdecken. Wir haben unsere Technologieentscheidungen getroffen, und indem wir sie für den Demonstrator getroffen haben, müssen wir uns unsere Optionen offen halten, weil wir uns bewusst sind, dass einige dieser Technologien nicht die sein werden, die wir letztendlich wählen.

"Wir tun das auf zwei Arten. Erstens, indem wir mehrere Optionen für den Flügeldemonstrator haben, können wir ihn als Spielplatz nutzen, um so viele verschiedene Technologien wie möglich auszuprobieren und dann die Trends zwischen ihnen zu verstehen. Zweitens, wenn wir nicht jede Technologie, die wir am Demonstrator ausprobieren wollen, umsetzen können, können wir innerhalb des Programms parallele, untergeordnete Demonstratoren der unteren Ebene initiieren. Wir befinden uns nun in der Definitionsphase für die Demonstranten und werden dann mit der Lieferung des ersten Hauptflügeldemonstrators beginnen, der im Quartal 3 von 2020 mit der Montage beginnt."

Aufbau von Bausteinen

In diesem Programm wurden vor vielen Jahren umfangreiche Infrastrukturinvestitionen getätigt. Heute ist das Airbus Wing Integration Centre in Filton in Betrieb und dort wird der Flügel getestet. Das Unternehmen wird auch Platz in der von der AMRI Welsh Regierung finanzierten Einrichtung einnehmen, die vom AMRC verwaltet wird und in der Nähe von Broughton auf Airbus-Land liegt. Hier wird Airbus die Demonstratoren bauen, mit der Absicht, im dritten Quartal dieses Jahres in das Gebäude einzuziehen, um seine Montageinfrastruktur zu installieren.

"In diesem Programm geht es darum, dass Airbus sich auf das Design für die Industrialisierung vorbereitet, indem es Industriesysteme parallel zum Design des Flügels entwirft, anstatt den Flügel zu entwerfen und dann zu versuchen, herauszufinden, wie man es danach machen kann. Wir entwerfen nicht nach Gewicht - wir entwerfen für die Montage

"Wir werden das, was wir auf dem Wing of Tomorrow gelernt haben, nutzen, um den Handel von der Basislinie des Demonstrators bis zu verschiedenen möglichen Produktkonfigurationen zu verstehen. Durch die Erfassung des Wissens verstehen wir den tatsächlichen Nutzen und den Einsatz verschiedener Technologien. Wir werden Risiken verstehen, Minderungen dieser Risiken untersuchen und dieses Wissen in die Konzeptphase unseres nächsten Produkts einfließen lassen."

Partridge fügte hinzu, dass der Wing of Tomorrow ein Mittel ist, um die Digitalisierungsfähigkeiten von Airbus zu entwickeln und den "digitalen Faden" während des gesamten Prozesses zu bilden, so dass ein Datensatz nahtlos während des gesamten Prozesses verwendet werden kann.

"Wir haben eine Reihe von Anwendungsfällen etabliert, um wirklich zu verstehen, wie der "digitale Faden" funktionieren kann und wie wir diese digitalen Fähigkeiten nutzen und für das nächste Produkt bereitstellen können. Ein weiterer wichtiger Output unseres Programms - neben dem Wissen und den ausgereiften Technologien - ist das digitale Twin-Modell."

Auffrischende Partnerschaften

Das Programm Wing of Tomorrow wird von einem ganzen Ökosystem unterstützt, nicht nur im Vereinigten Königreich und im Südwesten, sondern auch in Ländern wie Frankreich, Spanien und Deutschland. Airbus hat das so genannte "Plateau" für das multifunktionale Team, das das Programm in Filton in enger Zusammenarbeit mit den Kollegen für Treibstoff und Fahrwerk vorantreibt.

"Während mit dem NCC eine Menge Arbeit geleistet wird, arbeiten wir auch mit allen anderen Katapult-Standorten in Großbritannien zusammen. Außerdem sind 30 Unternehmen als Partner im Programm Wing of Tomorrow engagiert. Es gibt viele bestehende Lieferanten und auch einige neue Lieferanten für Airbus und die Flügelherstellung im Allgemeinen, so dass es wirklich erfrischend ist. Es ist eine echte Partnerschaft, bei der es um die Zusammenarbeit geht, denn unsere Partner entwickeln die Technologie und entwickeln ihre eigenen Fähigkeiten, indem sie auch in das Programm eingebunden werden.

"In Bezug auf die Technologien, die wir mit diesen Partnern entwickeln, müssen wir dieses Programm nutzen, um die Reife zu fördern, so dass wir verstehen, dass es eine Art Erfolgsbilanz für diese Technologie gibt, die es uns ermöglicht, sie für das nächste Programm auszuwählen. Wir müssen die Tariffähigkeit verstehen, weil sie ein so wichtiger Treiber ist, und wir brauchen auch den richtigen vertraglichen Rahmen dafür, damit wir, wenn wir zusammen mit unseren Partnern IP und Technologie entwickeln, Zugang dazu haben können

Bei einer Reihe von Faktoren, die es zu berücksichtigen gilt, wird es keine leichte Aufgabe sein, den Flügel von morgen zu schaffen, aber das ist die Herausforderung, vor der das Airbus-Programm Wing of Tomorrow steht. Hier gibt es keinen Flügel - die Flügel von Airbus werden effizienter, kostengünstiger und deutlich schneller als je zuvor gebaut. Das sind die Ziele, auf die ein Luft- und Raumfahrthersteller stolz sein würde.

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