Hoe u de concurrentie voor kunt blijven met innovatie in het ontwerp van luchtvaartonderdelen

In de lucht- en ruimtevaart begint de race om de lucht te domineren met slimmere vliegtuigonderdelen. Innovatie in het ontwerp van onderdelen staat centraal bij fabrikanten. Bedrijven heroverwegen de vorm, het gewicht, de functie en de constructie van cruciale componenten.

Een grotere focus op het ontwerp van onderdelen kan de kosten aanzienlijk verlagen. Ongeveer 70% tot 80% van de levenscycluskosten van een product wordt bepaald tijdens de ontwerpfase, waardoor dit de meest kosteneffectieve fase van de productie is. Ingenieurs besparen op gewicht, transformeren vleugels naar modulaire cabines en ontwerpen de volgende generatie vliegtuigen, gebouwd rond prestaties, efficiëntie en duurzaamheid.

Waarom onderdeelontwerp het nieuwe innovatieslagveld van de luchtvaart is

Luchtvaartleiders zetten zwaar in op een meer strategisch onderdeelontwerp om de kosten te beheersen enonzekerheid in de toeleveringsketen.

Delta en Airbus hebben onlangs hun decennialange samenwerking uitgebreid om de innovatie van onderdelen en systemen te versnellen. Via de UpNext-labs van Airbus testen ze alles, van geavanceerde vleugelontwerpen tot ondersteunende systemen voor vliegtuigen, met als doel de brandstofefficiëntie en de structurele responsiviteit van nieuwe en bestaande vloten te verbeteren.

Delta is nauw betrokken bij de engineeringprocessen van Airbus door middel van deelname aan tests en voortdurende feedbackloops over het ontwerp.

Tegelijkertijd werkt Delta samen met JetZero om een radicaal ander vliegtuigframe op de markt te brengen. De nieuwe structuur is een blended-wing-body (BWB)-ontwerp dat het brandstofverbruik tot wel 50% kan verlagen. Cruciaal is dat deze BWB-ontwerpen gebruikmaken van moderne motoren – een bewijs dat verbeteringen niet altijd een ingrijpende revisie van de voortstuwing vereisen.

Van erfenis naar lancering: verder dan traditioneel ontwerp

De meeste oude vliegtuigontwerpen zijn niet gebouwd met de huidige brandstofkosten of emissiedoelstellingen in gedachten. De vliegtuigen van vroeger waren geoptimaliseerd voor massaproductie, maar het ontwerp van de huidige vliegtuigromp wordt radicaal herzien.

JetZero's BWB-model laat de smalle, buisvormige romp achterwege en kiest voor een breed frame dat direct in de vleugels is geïntegreerd. Dit ontwerp maakt gebruik van bestaande motoren en luchthaveninfrastructuur en biedt tegelijkertijd meer lift, minder luchtweerstand en een gelijkmatige gewichtsverdeling.

Ondertussen is Airbus gestart met het "eXtra Performance Wing"-project om nieuwe, vormveranderende vleugels te onderzoeken die zich tijdens de vlucht kunnen aanpassen voor maximale aerodynamische efficiëntie. Het vlieggedrag van vogels vormt de inspiratie voor deze nieuwe prestatievleugels, die ontworpen zijn om dynamisch te reageren op de luchtstroomomstandigheden.

In beide voorbeeldscenario's zijn het niet nieuwe materialen of aandrijfsystemen die doorbraken teweegbrengen. Het is eerder een frisse blik op wat onderdelen kunnen en zouden moeten doen.

Additieve productie verandert de onderdelenmarkt

Additieve productie (AM) stelt ingenieurs in theorie in staat om vrijwel alles te printen, afval te verminderen, gereedschap over te slaan en iteraties te versnellen. In de praktijk heeft Boeing al meer dan 70.000 onderdelen voor zijn vliegtuigen geprint met behulp van AM, waarvan sommige nu vliegen met een betere sterkte-gewichtsverhouding dan hun machinaal bewerkte tegenhangers.

De technologie biedt voordelen die veel verder gaan dan gewicht en kosten. Additieve technologie maakt ontwerp voor functionaliteit mogelijk, zoals complexe geometrieën zoals roosterstructuren, holle ruimtes en interne koelkanalen die ooit onmogelijk werden geacht met traditionele bewerkingen. Met AM zijn ze nu een logische keuze. Deze innovaties leiden tot betere thermische prestaties, trillingsdemping en vermoeiingslevensduur, vooral in zware vluchtomstandigheden.

De geprinte klimaatregelkanalen van Boeing zijn een opvallend voorbeeld. Ingenieurs hebben de interne structuur opnieuw ontworpen met behulp van 3D-printing, waardoor het totale aantal onderdelen van tientallen naar één is teruggebracht, de montagetijd is verminderd, het gewicht is verlaagd en de luchtstroom efficiënter is geworden.

De wijdverbreide toepassing van additieve productie geeft hedendaagse ontwerpteams de vrijheid om opnieuw na te denken over wat mogelijk is.

Additief ontmoet hybride: de opkomst van multi-proces onderdelenproductie

Hoewel additieve productie de weg heeft vrijgemaakt voor complexe geometrieën, is het niet altijd de ultieme oplossing. Fabrikanten combineren additieve processen steeds vaker met subtractieve technieken zoals CNC-bewerking om nauwe toleranties, gladdere afwerkingen of structurele versterkingen te bereiken.

Deze hybride aanpak, soms ook wel 'additieve-subtractieve productie' genoemd, komt voor in onderdelen die interne roosterstructuren nodig hebben om gewicht te besparen, maar ook bewerkte oppervlakken nodig hebben voor boutverbindingen of koppeling met bestaande componenten. Het model biedt flexibiliteit in het ontwerp.Enprecisie in pasvorm.

Boeing en andere OEM's investeren al in hybride gereedschapsmachines die in dezelfde opstelling kunnen schakelen tussen laserdepositie en frezen. Hierdoor dalen de afvalpercentages en kunnen ze sneller iteraties uitvoeren op onderdelen die voorheen niet gemaakt konden worden.

Lucht- en ruimtevaartontwerpteams die hybride methoden omarmen, kunnen de productie gebruiken als springplank voor nog gedurfdere ideeën.

De rol van simulatie in het ontwerp van onderdelen van de volgende generatie

Het ontwerpen van slimmere onderdelen begint in de modelleringssoftware. Leiders in de lucht- en ruimtevaart maken veelvuldig gebruik van simulatietools om onderdelen virtueel te testen voordat ze in productie gaan. Deze digitale evaluaties, of het nu gaat om thermische spanning, vloeistofdynamica of vermoeiing na verloop van tijd, geven ingenieurs meer mogelijkheden om vroegtijdig te falen, snel te itereren en dure fysieke prototyperondes over te slaan.

Bedrijven zoals Boeing en Airbus gebruiken al tools zoals Siemens NX, Ansys en Dassault Systèmes om nieuwe onderdelen te valideren, materiaalmoeheid te voorspellen en de prestaties van het hele systeem te modelleren. Voor complexe AM-onderdelen is deze simulatie cruciaal. Het additieve team van Boeing gebruikt modellering om topologie-geoptimaliseerde onderdelen (zeer efficiënte, gewichtsbesparende geometrieën) te testen die met oudere methoden onmogelijk te evalueren zouden zijn.

Deze tools zijn ook essentieel voor schaalvergroting. Naarmate onderdelen complexer worden, vermindert simulatie de noodzaak van meerdere kostbare builds en fysieke tests, waardoor innovaties sneller en goedkoper worden zonder dat dit ten koste gaat van veiligheid of certificeringsnormen.

Slank, wendbaar en getest in de vlucht

Innovatief onderdeelontwerp is alleen zinvol als het schaalbaar is. Moderne ontwerpteams combineren agile ontwikkeling, simulatiegebaseerde validatie en real-world feedbackloops om cycli veilig te versnellen.

Delta's samenwerking met Airbus omvat live vluchttests met "fello'fly" – een techniek die de V-vorm van migrerende ganzen nabootst. Het voorste vliegtuig genereert een opwaartse luchtstroom die een volgend vliegtuig kan gebruiken om de luchtweerstand te verminderen en brandstof te besparen. Deze aerodynamische optimalisatie is mogelijk gemaakt door zorgvuldig systeemontwerp en uitgebreide simulatie voordat de testvluchten überhaupt beginnen.

Ondertussen passen bedrijven zoals JetZero lean-principes toe op complete vliegtuigontwerpworkflows. Door zich te richten op minder, multifunctionele onderdelen en het bouwen vandigitale tweelingenDoor hun vliegtuigen vroegtijdig te testen, kunnen ze sneller itereren en nauwer samenwerken met partners als Delta en de Amerikaanse luchtmacht.

Deze aanpak – snel ontwerpen, vaak testen en meteen falen – wordt steeds meer de standaard in geavanceerde lucht- en ruimtevaartprogramma's.

Inspiratie uit verschillende sectoren: lenen uit de automobiel- en defensiesector

De lucht- en ruimtevaart verlegt weliswaar grenzen op het gebied van vliegen, maar sommige van de slimste ontwerpstrategieën komen van buiten de sector. Inzichten uit de automobiel- en defensiesector, al jarenlang pioniers op het gebied van lichtgewicht, modulariteit en design-for-manufacturing, sijpelen nu door naar de luchtvaart.

Zo heeft het gebruik van generatieve ontwerpsoftware in de auto-industrie de weg vrijgemaakt voor vliegtuigonderdelen die prioriteit geven aan materiaalefficiëntie. GM's 3D-geprinte gordelbeugel – één onderdeel dat acht componenten verving – is conceptueel vergelijkbaar met hoe Boeing tientallen luchtkanalen reduceerde tot één enkel AM-onderdeel.

Ondertussen heeft de lange geschiedenis van modulaire wapens en dronesystemen in de defensiesector geleid tot heroverwegingen van vliegtuiginterieurs en onderhoudsprotocollen. Airbus' verkenning van modulaire vracht- en passagierszones is direct gebaseerd op defensieontwerp, waar snelle herconfiguratie van missies vereist is.

Deze crossoverstrategieën laten zien dat innovatie in onderdeelontwerp niet van de grond af aan hoeft te worden bedacht. Soms komt het voordeel voort uit het aanpassen van wat zich al heeft bewezen in omgevingen met hoge risico's.

Hoe u uw eigen onderdeelontwerpproces toekomstbestendig kunt maken

Je hoeft geen Airbus of Delta te zijn om je aanpak te moderniseren. Je hoeft alleen maar een integrale ontwerpbenadering te hanteren. De meest vooruitstrevende lucht- en ruimtevaartteams behandelen ontwerp, testen, productie en duurzaamheid vanaf het allereerste begin als één geheel.

Dat betekent:

De menselijke factor: hoe operators en onderhoudsmonteurs het ontwerp vormgeven

De slimste onderdelen in de luchtvaart zijn aerodynamisch, kostenefficiënt en mensgericht. Fabrikanten geven steeds vaker prioriteit aan de behoeften van onderhoudsteams, piloten en operators bij het ontwerpen van componenten, omdat zelfs het meest geavanceerde onderdeel faalt als het te moeilijk te gebruiken of te repareren is onder reële omstandigheden.

Ingenieurs van de TechOps-afdeling van Delta hebben nauw samengewerkt met ontwerppartners om het aantal bevestigingsmiddelen te verminderen en toegangspunten tot kritieke systemen te vereenvoudigen. Een ogenschijnlijk kleine verandering, zoals het herpositioneren van een grendel of het toevoegen van visuele indicatoren, kan duizenden arbeidsuren per jaar besparen binnen een wagenpark.

Ook piloten hebben invloed op het ontwerp. De introductie van side-stick controllers en heads-up displays door Airbus was gebaseerd op cockpitfeedback, gericht op het verminderen van de cognitieve belasting en het verbeteren van de reactietijd in stressvolle situaties.

En naarmate cabines steeds modulairder en technologisch geavanceerder worden, worden medewerkers van luchtvaartmaatschappijen steeds vaker geraadpleegd over de gebruikerservaring. Delta's betrokkenheid bij de interieurplanning van JetZero ging niet alleen over esthetiek. De input van medewerkers zorgde ervoor dat servicepersoneel efficiënt toegang had tot de bagageruimte, passagiers met mobiliteitsbeperkingen kon ondersteunen en zich veilig in het vliegtuig kon verplaatsen.

Bedrijven die hun eindgebruikers betrekken, gaan verder dan theoretische prestaties en ontwerpen voor reële omstandigheden. Deze menselijke feedbacklus, die vaak over het hoofd wordt gezien, is vaak het winnende concurrentievoordeel.

Ontwerpen voor alternatieve voortstuwing

De overstap naar waterstof, elektriciteit en duurzame vliegtuigbrandstoffen (SAF) verandert waar ontwerpers vanaf dag één rekening mee moeten houden.

Waterstofaandrijving vereist bijvoorbeeld cryogene opslag en hogedrukbeveiliging. Dat verandert alles, van het zwaartepunt tot de plaats waar structurele verstevigingen moeten komen. Het ZEROe-programma van Airbus, dat een commercieel vliegtuig op waterstof omvat, heeft al in een vroeg stadium innovaties in het ontwerp van onderdelen gestimuleerd – van thermische afscherming tot materialen die niet breken onder intensieve koelcycli.

Elektrische vliegtuigen brengen verschillende afwegingen met zich mee. Accu's zijn zwaar en gevoelig voor oververhitting, wat betekent dat lichtere onderdelen elders, samen met een slimmer ontwerp van de luchtstroom, essentieel zijn. Thermisch beheer en redundantie-eisen dwingen ontwerpteams ook om de traditionele plaatsing van motoren, luchtkanalen en zelfs cabineapparatuur te heroverwegen.

Kortom, ontwerpen voor groenere aandrijving betekent dat we alles eromheen opnieuw moeten ontwerpen. Dat begint op onderdeelniveau.

De les voor concurrerende fabrikanten

Als u het ontwerp van onderdelen nog steeds als een vaste fase in een lineair proces beschouwt, hebt u een geweldige kans om de volledige levenscyclus van uw product te heroverwegen, kosten te verlagen, de ontwikkeling te versnellen en veerkrachtigere, toekomstbestendige vliegtuigen van de grond af aan te bouwen.

Boeing ontwerpt onderdelen die vijf jaar geleden nog niet bestonden. Airbus gebruikt vliegende ganzen als voorbeeld voor route-efficiëntie. En JetZero heroverweegt wat een vliegtuig is.isDit zijn geen zijprojecten; ze vormen de hoofdactiviteit die mogelijk wordt gemaakt door een cross-functionele, simulatiegerichte cultuur die prioriteit geeft aan veiligheid en duurzaamheid.

De toekomst van vliegen zit in de details. Oude methoden falen. Nieuwe ontwerpen, verfijnd met slimme tools en met moeite verworven lessen, zorgen voor een concurrentievoordeel. Zo zullen vliegtuigen de test doorstaan: slank, efficiënt en klaar voor gebruik.

Klaar om te bouwen aan wat komen gaat?Boek een snel gesprek;Laten we vandaag praten.

Bronnen:

CIRP-annalen

Delta Nieuws

Delta Nieuws

Boeing IQ

Airbus Innovatie Hub

Airbus ZEROe