Wint ‘Delft’ deze zomer de Hyperloop-praktijktest?

De TU Delft staat wereldwijd bekend als een universiteit waar slimme aankomend ingenieurs studeren. Het Formula Student Team dat jaarlijks de beste elektrische racewagen ontwikkelt, het Nuon Solar Team dat vaak de World Solar Challenge wint en andere teams die aan innovatieve projecten werken, behoren tot de wereldtop. Omdat ingenieurs worden opgeleid voor het bedenken en ontwikkelen van oplossingen voor technische uitdagingen, neemt ook een team uit Delft deel aan de Hyperloop Challenge.

 

Een en twee

Voor wie het niet kent: Hyperloop is een conceptueel hoge snelheid transportsysteem, bedacht door Elon Musk. Daarmee moeten in de toekomst mensen met een snelheid van bijna 1000 kilometer per uur binnen een half uur van San Francisco naar Los Angeles kunnen reizen. Of in Europa in een half uur van Amsterdam naar Parijs. Nadat zijn idee eerst door ingenieurs van Tesla en SpaceX was onderzocht, besloot Musk medio 2015 een ontwerpwedstrijd uit te schrijven, oftewel de Hyperloop-ontwikkeling te crowdsourcen. In reactie daarop hebben 124 teams uit twintig landen afgelopen januari hun ontwerp gepresenteerd aan een jury bestaande uit hoogleraren en experts van Tesla en SpaceX. Zij beloonden het Delftse team met de prijs voor het innovatiefste ontwerp, terwijl ze in de ‘Overall Design’ categorie als tweede eindigden achter MIT. Inmiddels zijn er circa dertig teams een 1:2 prototype aan het bouwen, voor de finale test van hun concept komende zomer in een 1,6 kilometer lange buis bij het hoofdkantoor van SpaceX.

 

Team captain Tim Houter – hier op weg naar het podium tijdens de Hyperloop Pod Design Contest: "Vanaf scratch bedenken en ontwikkelen van een nieuwe hogesnelheid transportmethode, binnen amper een jaar tijd, is een ongekende uitdaging."

 

Geen vacuüm maar magnetisme

Het Delft Hyperloop-team heeft het meest innovatieve ontwerpidee, omdat ze multidisciplinair ‘outside-the-box’ hebben nagedacht over mogelijke oplossingen voor de uitdaging. "De meeste andere teams zijn uitgegaan van de vacuüm transportmethode waarop Musk zijn Hyperloop-idee heeft gebaseerd", vertelt Houter. "Behalve het voordeel dat daarmee de lucht- en contactweerstand worden opgeheven, zitten er echter ook nadelen aan. Zoals de benodigde kleine afstand tussen de transportcapsules en buismantel. Wij hebben vanaf nul nagedacht over de benodigde functionaliteit, infrastructuur, uitdagingen en kosten tijdens de hele levenscyclus van zo’n nieuw hoge snelheid transportsysteem. Daaruit bleek dat transporteren op basis van magnetisme een betere oplossing is, omdat er zowel minder energie voor nodig is als de benodigde infrastructuur goedkoper is aan te leggen. Door onder de Hyperloop-capsule magneten te laten bewegen over een geleidende plaat van aluminium, gaat deze vanzelf zweven. Datzelfde principe is te gebruiken om de capsule bij een station af te remmen en daarbij energie terug te winnen. Daarom is ons concept het meest energie-efficiënt. Een ander aspect waarin onze oplossing zich onderscheidt van alle andere teams is het lage gewicht van de capsule, slechts 149 kilogram. Dat verlaagt wederom het energieverbruik en dus ook de aanlegkosten voor de benodigde transportinfrastructuur aanzienlijk."

"Vanaf scratch"

Hoewel Houter en andere teamleden al ervaring hebben met ontwerpen, engineren, produceren, testen en meedoen aan studentenwedstrijden, is deze challenge het complexst. De collega’s van het Formula Student Team en Nuon Solar Team hebben als uitgangspunt namelijk de specificaties en prestaties van bestaande auto’s en het wedstrijdreglement. Het Hyperloop-team heeft geen enkel referentiekader, omdat er simpelweg nog nooit eerder een Hyperloop is ontwikkeld en gebouwd.

"Vanaf scratch bedenken en ontwikkelen van een nieuwe hoge snelheid transportmethode, binnen amper een jaar tijd, is een ongekende uitdaging", vervolgt Houter. "Gelukkig kunnen wij daarvoor wel een beroep doen op de beste studenten en tools. Daarom zijn wij begonnen uit 200 geïnteresseerden een team te vormen van de dertig meest gepassioneerde en gemotiveerde studenten. Die zijn vervolgens verdeeld over de technische afdelingen ‘structures’, ‘controls & suspension’ en ‘powertrain’, aangestuurd door een klein managementteam. Behalve met ‘outside -the-box’ denken en lichtgewicht ontwerpen, onderscheiden de Delftse teams zich bij studentenwedstrijden tevens met de professionele manier van organiseren en multidisciplinair samenwerken. Verder hebben wij toegang tot een groot netwerk van mogelijke sponsors, die graag meehelpen om technische grenzen te verleggen, of zoals in ons project een compleet nieuwe transportmethode uitvinden."

Alle Hyperloop-onderdelen – ook het remsysteem – zijn ontworpen en geïntegreerd in Catia, inclusief de hele elektrische bedrading. Met behulp van Simulia-sumulatiesoftware worden alle onderdelen, systemen en configuraties verder geoptimaliseerd."

Platform

Eén van de sponsors van het Delft Hyperloop team is Dassault Systèmes, de leverancier van het 3DExperience-innovatieplatform. Daarmee worden wereldwijd de meeste nieuwe auto’s, vliegtuigen en schepen ontwikkeld, maar ook veel high-tech componenten en industriële apparatuur. "Zonder zo’n multidisciplinaire virtuele samenwerkingsomgeving voor design, engineering, simulatie, productie en testen, is het onmogelijk om binnen een jaar tijd ons Hyperloop-idee uit te werken tot een werkend prototype", concludeert Houter. "Omdat lucht- en ruimtevaartstudenten in het eerste jaar al leren ontwerpen met Catia en simuleren met Simulia-software, zijn ze binnen ons team snel inzetbaar. Verder leren alle werktuigbouwkundige studenten met SolidWorks te ontwerpen en engineren, dat eveneens met het 3DExperience-platform is geïntegreerd. Omdat keuzes die je maakt in de conceptuele fase doorslaggevend zijn voor het mogelijk te behalen resultaat, hebben wij daaraan de meeste aandacht besteed. Wel onder grote tijdsdruk, omdat wij voor de totale designfase amper drie maanden ter beschikking hadden. Tegelijkertijd hebben onze industrieel ontwerpers al nagedacht over de reiservaring van mensen in een capsule en buis, bouwkundigen over de stations en civiel technici over de aanleg en het beheer van het toekomstige transporttracé."

Virtueel simuleren en testen

De grootste ontwerpuitdaging voor het Delft Hyperloop-team is het remsysteem en de besturing daarvan. Omdat er gekozen is voor contactloos remmen met energieterugwinning, zijn er geen remschijven of andere slijtende onderdelen meer nodig. "Dat lijkt eenvoudig, maar vereist een uiterst betrouwbare en nauwkeurige besturing", vertelt Sascha Lamme. "Oftewel een ‘fault-tolerant’ systeem, dat zelfs blijft functioneren als er onderdelen uitvallen. Anders botsen mensen straks met een snelheid van zo’n 1000 km/uur tegen het buiseinde aan. Wij ontwerpen en integreren alle Hyperloop-onderdelen in Catia, inclusief de hele elektrische bedrading. Maar bijvoorbeeld ook de ligging van alle koolstofvezels in de composietbehuizing van onze capsule. Daarna simuleren wij met Simulia-software diverse praktijkscenario’s, om alle onderdelen, systemen en configuraties te optimaliseren."

Tijd besparen

"Met simuleren en testen in de virtuele wereld zijn kostbare fouten te voorkomen en is veel tijd te besparen bij het produceren en assembleren", vult electronics engineer Victor Sonneveld aan. "Omdat er veel iteraties nodig zijn om tot de optimale vorm en constructie van alle onderdelen en configuraties te komen, is het prettig dat de software van het 3DExperience-platform naadloos samenwerkt. Ten slotte is het een cloud-gebaseerde samenwerkingsomgeving, waardoor alle teamleden ook vanaf andere locaties kunnen meewerken en wij voor dit project geen IT-infrastructuur hoefden op te zetten en te onderhouden."

De ontwerptrofee voor Delft Hyperloop – met de handtekening van Elon Musk.

hyperloop.tamu.edu

http://www.delfthyperloop.nl/

www.spacex.com/hyperloopalpha