Dassault Systèmes is met NVIDIA bezig een AI-architectuur te ontwikkelen voor bedrijfskritische toepassingen in verschillende markten, waaronder de luchtvaart. Het doel is de innovatiecylus te versnellen met wetenschappelijk gevalideerde virtual twins op het 3DEXPERIENCE-platform, en ondersteuning van AI-assistenten met een diepgaand industrieel begrip.

De luchtvaart staat voor een existentiële paradox. Enerzijds is wereldwijde connectiviteit van essentieel belang voor economische groei en sociale cohesie. Anderzijds zijn de milieukosten van vliegreizen niet langer houdbaar. Decennialang was men in deze sector van mening dat elektrische aandrijving met batterijen voor commerciële vluchten een utopie was, beperkt door het gewicht, bereik en natuurkundige wetten. Die consensus is echter onjuist.

Paradigmaverschuiving

Er wordt al jaren hard gewerkt aan een paradigmaverschuiving voor de lucht- en ruimtevaart. De uitdaging is niet langer om te wachten op een doorbraak in de batterijtechnologie, het gaat er vooral om de integratie van al bestaande technologie te optimaliseren. Om netto nul uitstoot te bereiken, moeten fabrikanten namelijk meer doen dan alleen een straalmotor vervangen door een elektromotor. Ze moeten de vliegtuigarchitectuur fundamenteel herzien.

De luchtvaartcomplexiteit laat zich niet beheersen binnen traditionele systemen. Innovators bewijzen dat de enige manier om de puzzel van lagere emissies, hoge betrouwbaarheid en grote actieradius op te lossen, is door gebruik te maken van nauwkeurige virtual twins.

Natuurkundige barrière doorbreken

Al jarenlang beweren sceptici in de luchtvaart dat elektrische vliegtuigen met batterijen beperkt blijven tot kleine toestellen voor korte afstanden. Ze stelden dat de benodigde energiedichtheid voor grote aantallen passagiers simpelweg niet mogelijk was.

Elysian Aircraft wil deze mythe ontkrachten. Dit Nederlandse bedrijf ontwikkelt de E9X, een elektrisch vliegtuig met 90 zitplaatsen dat ruim 800 kilometer kan afleggen op één acculading. Elysian vertrouwt daarbij niet op futuristische accu’s, maar op een unieke ontwerpintegratie.

Met behulp van het 3DEXPERIENCE-platform in de cloud kunnen de ingenieurs van Elysian de structurele en thermische gevolgen simuleren van het integreren van batterijen in de vleugels. Deze keuze maakt de romp lichter en verbetert de aerodynamica, maar brengt ook complexe uitdagingen met zich mee op het gebied van spanningsoverdracht en thermische oververhitting.

Door een virtual twin van het vliegtuig te creëren, kan Elysian het volgende bereiken:

  • Prestaties simuleren: het batterijgedrag testen bij verschillende temperaturen en ontladingssnelheden, zonder fysiek prototype.
  • Aerodynamica optimaliseren: de structurele integriteit valideren van een grotere spanwijdte die nodig is voor een efficiënter elektrisch ontwerp.
  • Eén betrouwbare informatiebron creëren: borgen dat lessen die uit digitale simulaties worden getrokken, direct worden teruggekoppeld naar het uiteindelijke ontwerp.

Zoals Daniel Rosen Jacobson, mede-CEO van Elysian, zei: “Veel mensen dachten dat het niet mogelijk zou zijn om met grotere vliegtuigen commercieel op batterijen te vliegen. Wij hebben een manier gevonden om het te doen.”

Innovatie voor regionale connectiviteit

De toegenomen focus op duurzaamheid opent ook de deur naar een democratisering van het luchtverkeer. De regionale connectiviteit heeft de afgelopen jaren te lijden gehad onder de hoge operationele kosten van conventionele vliegtuigen op fossiele brandstoffen.

Vaeridion, een Duitse vliegtuigfabrikant, pakt dit probleem aan met de Microliner, een elektrisch vliegtuig voor negen passagiers dat zo’n 2300 luchthavens in Europa met elkaar kan verbinden. Het doel hiervan is om regionaal reizen duurzaam, betaalbaar en toegankelijk te maken.

De time-to-market is cruciaal voor startups zoals Vaeridion. Omdat de luchtvaartmarkt streng gereguleerd is, kan “snel handelen en fouten maken” geen onderdeel zijn van de strategie als de veiligheid van passagiers op het spel staat. Vaeridion benut het 3DEXPERIENCE-platform om de engineering en certificering parallel te laten verlopen.

Vaeridion heeft een omgeving gecreëerd waarin alle certificeringsdata traceerbaar is vanaf de eerste schetsen. Dit stelt het bedrijf in staat om de risico’s van hun certificeringsstrategie met EASA (Europees Agentschap voor de Veiligheid van de Luchtvaart) te beperken, lang voordat er een fysiek prototype de lucht in gaat.

“Het 3DEXPERIENCE-platform stelde ons in staat de ontwikkeling te versnellen en tegelijkertijd de processen eenvoudig en effectief te houden voor een bedrijf van onze omvang”, aldus Ivor Van Dartel, CEO en medeoprichter van Vaeridion.

Duurzaamheid integreren in levenscyclus

Een valkuil in de maakindustrie is het beschouwen van duurzaamheid als een laatste, verplichte stap. Duurzame innovatie vereist dat de principes worden geïntegreerd in de hele levenscyclus van een product, vanaf de eerste schets tot de fabrieksvloer en decennialange serviceverlening.

Deutsche Aircraft is met de D328eco, een turboprop van de volgende generatie ontworpen om op duurzame vliegtuigbrandstof (SAF) te vliegen, een voorbeeld van deze holistische aanpak. Dit bedrijf wil het comfort van een straalvliegtuig gaan bieden met aanzienlijk lagere emissies.

Deutsche Aircraft gebruikt een virtual twin niet alleen voor de aerodynamica, maar om het gehele industriële systeem te optimaliseren, door middel van:

  • Virtueel samenwerken: met de 3DLive-app en Apple Vision Pro kunnen leveranciers en klanten in een virtual twin van het vliegtuig de indeling van zowel de cabine als de assemblagelijnen visualiseren om miscommunicatie en verspilling te voorkomen.
  • Productie-efficiëntie verbeteren: door de CO2-neutrale assemblagelijn in Leipzig virtueel te ontwerpen, kan het bedrijf de materiaalstroom en de toewijzing van alle middelen zo plannen dat het energieverbruik tijdens de productie tot een minimum wordt beperkt.
  • Vluchttesten: engineers vliegen al virtueel met het vliegtuig voordat een fysiek prototype de hangar verlaat, wat het risico en de CO2-uitstoot van de testfase sterk reduceert.

CEO Nico Neumann van Deutsche Aircraft licht toe: “Duurzaamheid komt voort uit slimmer te werk gaan. Als je het brandstofverbruik verlaagt en de efficiëntie verbetert van de certificering en productie, verminder je afval, inspanningen en uitstoot. Alles is met elkaar verbonden.”

Verduurzamen luchtvaart

De overgang naar duurzame luchtvaart is geen verre toekomstvisie meer, maar een technisch te verwezenlijken realiteit. De cijfers spreken voor zich: de technologie van virtual twins heeft het potentieel om 1,2 biljoen dollar aan economische waarde te creëren en de wereldwijde CO2-uitstoot met 7,5 gigaton te verminderen tegen 2030.

Innovatieve bedrijven zoals Elysian, Vaeridion, Deutsche Aircraft en ook Fokker Next Gen, wachten niet tot de toekomst aanbreekt. Ze creëren deze zelf door gebruik te maken van een geïntegreerd platform dat ontwerp, simulatie, productie en serviceverlening met elkaar verbindt. Daarmee banen ze de weg voor aanzienlijk duurzamere luchtvaart.

Kennis, onderzoek en ervaring opdoen

Voor het ontwikkelen van duurzame vliegtuigen is natuurlijk ook kennis, onderzoek en ervaring nodig. Daarom is de TU Delft vorig jaar lid geworden van het 3DEXPERIENCE Edu Center of Excellence programma van Dassault Systèmes. Deze samenwerking biedt zowel de studenten als professionals van partnerbedrijven van de universiteit de kans om veelgevraagde digitale vaardigheden te ontwikkelen op het gebied van de luchtvaart en productieautomatisering.

Als 3DEXPERIENCE Edu Center of Excellence gaat de TU Delft programma’s ontwikkelen die een brug slaan tussen het onderwijs en de praktijk. Dat gebeurt via het SAM XL fieldlab, gericht op geautomatiseerde productietechnologieën. Daar worden de afdelingen, wetenschappelijke instellingen en industriële partners van TU Delft bij het 3DEXPERIENCE Edu Center betrokken, om het 3DEXPERIENCE-platform toe te passen op relevante cases. Studenten leren daarbij te werken met virtual twins, ondersteund door gecertificeerde docenten en instructeurs.