Simulation eines Proproter-Hubs für Sora – mit 3DEXPERIENCE

Sora Aviation, ein Start-up-Unternehmen mit Sitz im Vereinigten Königreich, entwickelt für den Advanced Air Mobility (AAM)-Markt das S-1, ein eVTOL-Flugzeug (elektrisches senkrecht startendes und landendes Flugzeug) mit 30 Sitzplätzen. Das S-1 soll emissionsfrei, geräuscharm und erschwinglich sein und stellt somit eine nachhaltige und skalierbare Lösung für überlastete städtische Gebiete dar. Mit dem Fokus auf Sicherheit und Effizienz möchte Sora Aviation den städtischen Verkehr revolutionieren, insbesondere auf stark nachgefragten Strecken wie Flughafen-Shuttles.

Das Projekt

Während mithilfe der 3DEXPERIENCE-Plattform und CATIA kontinuierlich am detaillierten Design des S-1 gearbeitet wird, müssen wichtige technische Entscheidungen getroffen werden, um die angestrebte Gesamtleistung zu erreichen. Im Mittelpunkt steht dabei die Gestaltung der Proprotoren (Propeller mit zwei oder mehr Rotoren) für das Flugzeug. Es gibt eine Vielzahl von Naben-Designkonzepten für verschiedene Flugzeugpropeller- und Rotorsysteme. Dabei hängt es von vielen Faktoren ab, welches Konzept am besten geeignet ist, dem Design der Proprotor-Blätter, der Art der Befestigung, der Konfiguration des Neigungsverstellungsmechanismus und den Lastschwankungen zwischen vertikalem und horizontalem Flug. Angesichts der Auswirkungen dieser wichtigen Designentscheidungen auf Masse, Zuverlässigkeit und Leistung der Proprotor-Systeme musste Sora Aviation unbedingt eine effiziente Methode entwickeln, um verschiedene Konzepte unter repräsentativen Belastungsbedingungen schnell evaluieren zu können. Damit konnte sich das Team auf die vielversprechendsten Optionen für die weitere Entwicklung konzentrieren.

Die Herausforderung

Die Konstruktion des Proprotor-Hubs für die S-1 stellte eine beachtliche Herausforderung dar, denn:

• Der Hub muss unterschiedliche aerodynamische und Trägheitslasten der Proprotor-Blätter aufnehmen, je nachdem, ob das Flugzeug senkrecht oder vorwärts fliegt.

• Die Geometrie und die Materialeigenschaften müssen auf das Gesamtgewicht und die Leistungsziele des Flugzeugs abgestimmt sein. Dabei müssen Zuverlässigkeit und Strapazierfähigkeit über den gesamten Flugbereich hinweg gewährleistet sein.

Die Lösung

Sora Aviation benötigte einen Simulationsprozess, mit dem mehrere Hub-Designs unter realistischen Belastungsbedingungen schnell evaluiert werden konnten. Die endgültige Lösung sollte strengen Sicherheits- und Effizienzanforderungen genügen. Darüber hinaus musste sich der Prozess nahtlos in die CATIA-CAD-Modelle integrieren lassen, um im Zuge der Weiterentwicklung des Designs fortlaufende Aktualisierungen zu ermöglichen.

Um diese Herausforderungen zu meistern, schloss sich Sora Aviation mit TECHNIA zusammen, um einen optimierten Simulations-Workflow auf der 3DEXPERIENCE-Plattform zu entwickeln. Dieser Workflow übersetzte die aus CFD (Computational Fluid Dynamics) abgeleiteten aerodynamischen Lastfälle und die Trägheitseigenschaften des Propellers in äquivalente Kräfte und Momente an den Verbindungspunkten zwischen Rotor und Nabe und ermöglichte so eine präzise Strukturanalyse der Nabe. Durch die Integration mit CATIA wurde dafür gesorgt, dass die Simulationsmodelle bei Änderungen der Nabengeometrie automatisch aktualisiert wurden. So konnten der manuelle Aufwand erheblich reduziert und der Designprozess beschleunigt werden.

Da die 3DEXPERIENCE-Plattform auf Zusammenarbeit ausgelegt ist, konnten sich auch externe Experten sicher einbringen, sodass vor dem Einsatz ein robuster und zuverlässiger Arbeitsablauf gewährleistet war.

Das Ergebnis

Das Projekt lieferte einen optimierten, vollständig in die 3DEXPERIENCE-Plattform integrierten Simulationsprozess für die Evaluierung des Designs von Proprotor-Hubs. Dies war nur möglich, weil wir (TECHNIA) in der Lage waren, das multidisziplinäre Problem beim Engineering zu verstehen, einen integrierten Simulationsprozess mit minimaler Komplexität zu entwickeln und diesen nahtlos in die Datenumgebung des Kunden zu implementieren.