Como se manter à frente dos concorrentes com inovação no design de peças de aviação

Na indústria aeroespacial, a corrida para dominar os céus começa com peças de aeronaves mais inteligentes. A inovação no design de peças está ganhando destaque entre os fabricantes. As empresas estão repensando o formato, o peso, a função e a construção de componentes críticos.

O foco maior no design de peças pode reduzir drasticamente os custos. Aproximadamente 70% a 80% do custo do ciclo de vida de um produto é determinado durante a fase de design, tornando-a a etapa da produção com maior alavancagem de custos. Engenheiros estão reduzindo gramas, transformando asas em cabines modulares e projetando aeronaves de última geração, construídas com foco em desempenho, eficiência e sustentabilidade.

Por que o design de peças é o novo campo de batalha da inovação na aviação

Os líderes da aviação estão apostando fortemente em um design de peças mais estratégico para gerenciar custos eincerteza na cadeia de suprimentos.

A Delta e a Airbus expandiram recentemente sua parceria de várias décadas para acelerar a inovação em peças e sistemas. Por meio dos laboratórios UpNext da Airbus, elas estão testando tudo, desde designs avançados de asas até sistemas de assistência de aeronaves, com o objetivo de melhorar a eficiência de combustível e a capacidade de resposta estrutural em frotas novas e existentes.

A Delta está fortemente envolvida nos processos de engenharia da Airbus por meio da participação em testes e ciclos contínuos de feedback de design.

Ao mesmo tempo, a Delta também firmou parceria com a JetZero para trazer ao mercado uma estrutura de aeronave radicalmente diferente. A nova estrutura é um projeto de asa-corpo combinada (BWB) com potencial para reduzir o consumo de combustível em até 50%. Fundamentalmente, esses projetos de BWB utilizam os motores atuais — prova de que ganhos nem sempre exigem grandes revisões na propulsão.

Do legado à decolagem: indo além do design tradicional

A maioria dos projetos de aeronaves antigas não foi construída levando em conta os custos de combustível ou as metas de emissões atuais. Os aviões de ontem eram otimizados para produção em massa, mas o projeto da fuselagem atual está sendo radicalmente reinventado.

O modelo BWB da JetZero substitui a fuselagem estreita e tubular por uma estrutura de fuselagem larga integrada diretamente às asas. Esse projeto utiliza motores e infraestrutura aeroportuária existentes, proporcionando mais sustentação, menos arrasto e uma distribuição uniforme do peso.

Enquanto isso, a Airbus lançou o projeto “eXtra Performance Wing” para explorar novas asas que mudam de forma e podem se ajustar em pleno voo para máxima eficiência aerodinâmica. O comportamento de voo das aves é a inspiração para essas novas asas de alto desempenho, construídas para responder dinamicamente às condições do fluxo de ar.

Em ambos os cenários, não são novos materiais ou sistemas de propulsão que impulsionam os avanços. Em vez disso, são novas ideias sobre o que as peças podem e devem fazer.

A manufatura aditiva está mudando o jogo das peças

A manufatura aditiva (MA), em teoria, permite que engenheiros imprimam quase tudo, reduzam o desperdício, evitem ferramentas e acelerem as iterações. Na prática, a Boeing já imprimiu mais de 70.000 peças para suas aeronaves usando MA, algumas das quais voam hoje com melhores relações resistência-peso do que suas contrapartes usinadas.

A tecnologia oferece benefícios que vão muito além do peso e do custo. A aditivação desbloqueia o design em prol da funcionalidade, como geometrias complexas como estruturas treliçadas, interiores ocos e canais de resfriamento internos, que antes eram considerados impossíveis com a usinagem tradicional. Com a manufatura aditiva (MA), eles agora são válidos. Essas inovações levam a um melhor desempenho térmico, amortecimento de vibrações e resistência à fadiga, especialmente em ambientes de voo adversos.

Os dutos de controle ambiental impressos da Boeing são um exemplo notável. Os engenheiros redesenharam a estrutura interna usando impressão 3D, reduzindo assim o número total de peças de dezenas para uma, reduzindo o trabalho de montagem, o peso e melhorando a eficiência do fluxo de ar.

Amplamente implantada, a manufatura aditiva está dando às equipes de design de hoje liberdade para repensar o que é possível.

Aditivo encontra híbrido: a ascensão da fabricação de peças multiprocesso

Embora a manufatura aditiva tenha aberto as portas para geometrias complexas, nem sempre é a solução definitiva. Cada vez mais, os fabricantes combinam processos aditivos com técnicas subtrativas, como usinagem CNC, para obter tolerâncias rigorosas, acabamentos mais suaves ou reforços estruturais.

Essa abordagem híbrida, às vezes chamada de "manufatura aditiva-subtrativa", está aparecendo em peças que necessitam de estruturas treliçadas internas para redução de peso, mas também exigem superfícies usinadas para conexões aparafusadas ou acoplamento a componentes legados. O modelo permite flexibilidade no projeto.eprecisão no ajuste.

A Boeing e outros OEMs já estão investindo em máquinas-ferramentas híbridas que alternam entre deposição a laser e fresamento na mesma configuração, observando menores taxas de refugo e a capacidade de iterar mais rápido em peças que antes não eram fabricáveis.

Equipes de design aeroespacial que adotam métodos híbridos podem usar a manufatura como um trampolim para ideias ainda mais ousadas.

O papel da simulação no design de peças de última geração

O projeto de peças mais inteligentes começa no software de modelagem. Líderes aeroespaciais estão recorrendo fortemente a ferramentas de simulação para testar virtualmente o estresse das peças antes de elas entrarem em produção. Essas avaliações digitais, seja para estresse térmico, dinâmica de fluidos ou fadiga ao longo do tempo, estão dando aos engenheiros mais poder para falhar precocemente, iterar rapidamente e evitar rodadas caras de prototipagem física.

Empresas como Boeing e Airbus já utilizam ferramentas como Siemens NX, Ansys e Dassault Systèmes para validar novas peças, prever a fadiga do material e modelar o desempenho de todo o sistema. Para peças complexas de manufatura aditiva (MA), essa simulação é crucial. A equipe aditiva da Boeing utiliza modelagem para testar peças com topologia otimizada (geometrias altamente eficientes e com peso reduzido) que seriam impossíveis de avaliar com métodos legados.

Essas ferramentas também são essenciais para o dimensionamento. À medida que as peças se tornam mais complexas, a simulação reduz a necessidade de múltiplas construções e testes físicos dispendiosos, tornando mais rápido e barato inovar sem comprometer os padrões de segurança ou certificação.

Enxuto, ágil e testado em voo

O design inovador de peças só importa se for escalável. É aí que as equipes de design modernas estão combinando desenvolvimento ágil, validação baseada em simulação e ciclos de feedback do mundo real para acelerar os ciclos com segurança.

A colaboração da Delta com a Airbus inclui testes de voo ao vivo do "fello'fly" — uma técnica que imita a formação em V dos gansos migratórios. A aeronave da frente gera uma corrente ascendente que a aeronave da retaguarda pode utilizar para reduzir o arrasto e economizar combustível. Trata-se de uma otimização aerodinâmica possibilitada pelo projeto cuidadoso dos sistemas e pela simulação extensiva antes mesmo do início dos voos de teste.

Enquanto isso, empresas como a JetZero estão aplicando princípios enxutos a todos os fluxos de trabalho de projeto de aeronaves. Concentrando-se em menos peças multifuncionais e construindogêmeos digitaisde suas aeronaves antecipadamente, eles conseguem iterar mais rapidamente e colaborar mais profundamente com parceiros como a Delta e a Força Aérea dos EUA.

Essa abordagem — projetar rápido, testar frequentemente e prever falhas — está se tornando cada vez mais padrão em programas aeroespaciais avançados.

Inspiração intersetorial: tomando emprestado do setor automotivo e de defesa

A indústria aeroespacial pode estar expandindo fronteiras na aviação, mas algumas de suas estratégias mais inteligentes de design de peças vêm de fora da indústria. Insights dos setores automotivo e de defesa, pioneiros de longa data em redução de peso, modularidade e práticas de design para manufatura, agora estão chegando à aviação.

Por exemplo, o uso de software de design generativo pela indústria automotiva abriu caminho para peças de aeronaves que priorizam a eficiência de materiais. O suporte de cinto de segurança impresso em 3D da GM — uma única peça que substituiu oito componentes — é conceitualmente semelhante à forma como a Boeing reduziu dezenas de peças de dutos em uma única peça de manufatura aditiva.

Enquanto isso, o longo histórico de armas modulares e sistemas de drones do setor de defesa inspirou repensar os interiores das aeronaves e os protocolos de manutenção. A exploração de zonas modulares para carga e passageiros pela Airbus se inspira diretamente no design de defesa, que exige uma rápida reconfiguração da missão.

Essas estratégias de crossover demonstram que a inovação no design de peças não precisa ser inventada do zero. Às vezes, a vantagem advém da adaptação do que já foi comprovado em ambientes de alto risco.

Como preparar seu próprio processo de design de peças para o futuro

Você não precisa ser a Airbus ou a Delta para modernizar sua abordagem. Basta adotar uma abordagem integrativa ao design. As equipes aeroespaciais mais inovadoras tratam design, testes, fabricação e sustentabilidade como uma única conversa desde o início.

Isso significa:

O fator humano: como operadores e mantenedores moldam o design

Os projetos de peças mais inteligentes na aviação são aerodinâmicos, econômicos e conscientes do ser humano. Cada vez mais, os fabricantes priorizam as necessidades das equipes de manutenção, pilotos e operadores ao projetar componentes — porque mesmo as peças mais avançadas falham se forem muito difíceis de usar ou reparar em condições reais.

Engenheiros da divisão TechOps da Delta trabalharam em estreita colaboração com parceiros de design para reduzir o número de fixadores e simplificar os pontos de acesso em sistemas críticos. Uma mudança aparentemente pequena, como reorientar uma trava ou adicionar indicadores visuais, pode economizar milhares de horas de trabalho por ano em uma frota.

Os pilotos também influenciam o design. A introdução de controles laterais e head-up displays pela Airbus surgiu do feedback da cabine, com o objetivo de reduzir a carga cognitiva e melhorar o tempo de reação em cenários de alto estresse.

E, à medida que as cabines se tornam mais modulares e tecnológicas, os funcionários das companhias aéreas são cada vez mais consultados sobre a experiência do usuário. O envolvimento da Delta no planejamento do interior da JetZero não se limitou à estética. A contribuição dos funcionários ajudou a garantir que as equipes de serviço pudessem acessar o espaço de armazenamento com eficiência, dar suporte a passageiros com mobilidade reduzida e se movimentar com segurança nos aviões.

Empresas que engajam seus usuários finais vão além do desempenho teórico e projetam para condições reais. Esse ciclo de feedback humano, comumente ignorado, costuma ser a vantagem competitiva vencedora.

Projetando para propulsão alternativa

A mudança para hidrogênio, eletricidade e combustíveis de aviação sustentáveis (SAF) está mudando o que os projetistas devem planejar desde o primeiro dia.

A propulsão a hidrogênio, por exemplo, exige armazenamento criogênico e contenção de alta pressão. Isso altera tudo, desde o centro de gravidade até onde os reforços estruturais devem ser colocados. O programa ZEROe da Airbus, que inclui uma aeronave comercial movida a hidrogênio, impulsionou inovações iniciais no design de peças — desde blindagem térmica até materiais que não se quebram sob ciclos intensos de resfriamento.

Aeronaves elétricas apresentam diferentes desvantagens. Baterias são pesadas e propensas a superaquecimento, o que significa que peças mais leves em outros locais, juntamente com um projeto de fluxo de ar mais inteligente, são essenciais. Os requisitos de gerenciamento térmico e redundância também levam as equipes de projeto a repensar o posicionamento tradicional de motores, dutos e até mesmo equipamentos de cabine.

No geral, projetar uma propulsão mais ecológica significa reprojetar o que a cerca, e isso começa no nível das peças.

A lição para fabricantes competitivos

Se você ainda trata o design de peças como um estágio fixo em um processo linear, você tem uma tremenda oportunidade de repensar todo o ciclo de vida do seu produto, cortando custos, acelerando o desenvolvimento e construindo aeronaves mais resilientes e prontas para o futuro do zero.

A Boeing está projetando peças que não existiam há cinco anos. A Airbus está usando gansos voadores como modelo para eficiência de rotas. E a JetZero está repensando o que é um avião.é. Esses não são projetos paralelos; eles são o ato principal possibilitado por uma cultura multifuncional, que prioriza a simulação e a sustentabilidade.

O futuro da aviação é construído nos detalhes. Métodos antigos fracassam. Novos projetos, aprimorados por ferramentas inteligentes e lições aprendidas com muito esforço, conquistam a vantagem competitiva. É assim que as aeronaves resistirão ao teste: enxutas, eficientes e prontas.

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Recursos:

Anais do CIRP

Notícias Delta

Notícias Delta

Boeing IQ

Centro de Inovação da Airbus

Airbus ZEROe