EO

De optimalisatie van een rotor

24 oktober 2019 om 11:30 uur

Met het ‘Personal Air Mobility’-toestel Hermes II wil de Delftse startup Talaria op 29 februari volgend jaar de Fly-Off van Boeing’s GoFly Prize winnen.

De Delftse startup Talaria is een van de deelnemers aan de GoFly Prize. In dit initiatief van vliegtuigbouwer Boeing draait alles om ‘Personal Air Mobility’ – zelf kunnen vliegen. En dat is al sinds de oudheid een ultieme droom van de mens. De Griekse god Hermes had daar al talaria voor nodig. Maar met die gevleugelde sandalen heeft het elektrisch aangedreven ‘Personal Air Mobility’-toestel Hermes II weinig gemeen.

 

Personal Air Mobility kan rekenen op grote belangstelling. Wereldwijd worden verschillende oplossingen bedacht die een of enkele mensen tegelijk door het luchtruim kunnen vervoeren. Grote drones, kleine helikopters en vliegtuigen, vliegende auto's - in de stedelijke agglomeraties van de toekomst lijkt ook het luchtruim te zullen worden gaan gebruikt voor personen- en persoonlijk vervoer. De GoFly Prize wil de toekomst rondom individuele mobiliteit door de lucht snel dichterbij brengen en doet daarom een beroep op het wereldwijd innovatief potentieel om dat te bereiken. De uitdaging: ontwikkel een veilig, stil, ultracompact, bijna verticaal opstijgend en landend vliegend ‘apparaat' dat 20 mijl kan vliegen en één persoon kan dragen.

 

2Links het oude ontwerp en rechts het nieuwe ontwerp van de rotorbevestigingen. Dankzij topologieoptimalisatie is de massa van de rotorbevestigingen met 1,5 kg verminderd. 

 

Fly-Off

Behalve dat in verschillende fases een leuk prijzengeld beschikbaar is gesteld - de eerste twee fases zijn inmiddels afgerond en de winnaars zijn op de GoFly-website bekendgemaakt - staat de organisatie de teams met raad en daad bij door ze toegang te geven tot verschillende experts uit onder andere de lucht- en ruimtevaart, engineering, de financiële en de wetgevende sector. Maar alles draait om Phase III van de GoFly Prize: de Fly-Off op zaterdag 29 februari volgend jaar in de San Francisco Bay Area in hartje Silicon Valley. Hoeveel teams uiteindelijk laten zien hoe hun inzendingen presteren is afhankelijk van de organisatie. Op basis van onder andere verplichte documentatie deelt GoFly de uitnodigingen uit. Ongetwijfeld een flinke toer om alle inzendingen te beoordelen want op dit moment hebben zich 825 teams aangemeld uit 103 landen. Dat aantal kan nog stijgen want de inschrijving voor deelname aan de Fly-Off sluit 1 oktober.

 

Multidisciplinair en internationaal

Komt Talaria uiteindelijk als ‘overall' winnaar met de hoofdprijs van 1 miljoen dollar naar huis? Of wordt het een kwart miljoen voor de stilste of de compactste? De toekomst zal het leren. Die begon trouwens zowel voor de GoFly Prize als Talaria in 2017. Philipp Essle - student aan de TU Delft - hoorde in dat jaar voor het eerst van de GoFly-competitie. Al snel wist hij vijftien collega-studenten te interesseren, op 10 november 2017 was Project Talaria een feit. Met de visie dat zelf kunnen vliegen voor meer mensen mogelijk moet zijn, zonder een kostbare en lange opleiding tot piloot.


Inmiddels bestaat het multidisciplinaire team uit meer dan dertig studenten van verschillende faculteiten van de TU Delft. En met 15 nationaliteiten is Talaria zeker zo internationaal als de GoFly-competitie zelf. De Hermes II van Talaria moet het volgend jaar bewijzen. Dankzij het inherente vermogen verticaal te kunnen opstijgen en landen leent de Hermes II zich in elk geval bij uitstek voor gebruik in een stedelijke omgeving. De naam hint natuurlijk op het bestaan van een Hermes I. Maar die oplossing met een verbrandingsmotor heeft het luchtruim nooit gehaald. De toekomst is tenslotte elektrisch. Een andere wijziging die is doorgevoerd is dat degene die het toestel bestuurt nu in dezelfde houding als een motorrijder zit.

schermSchermbeeld uit Altair Inspire van geoptimaliseerde delen van de bevestiging van de bovenste rotor. Met topologieoptimalisatie en 3D-printen is het aantal unieke onderdelen gehalveerd. 

 

Topologieoptimalisaties

Omdat het gewicht van alle onderdelen de vliegprestaties en het -bereik in vergaande mate beïnvloedt, heeft Talaria de bevestigingen voor vier rotorbladen geoptimaliseerd met Altair Inspire. "Wij werken hier momenteel aan het eerste prototype van onze eenpersoons vliegoplossing voor stedelijke omgevingen", vertelt Essle, nu technical manager bij Talaria. "Voor de prestaties is het belangrijk dat onze oplossing sterk, veilig en lichtgewicht is. Daarom optimaliseren wij een aantal kritische onderdelen met de Inspire-simulatiesoftware van Altair." Allereerst is de basisgeometrie van alle onderdelen in 3D CAD ontworpen. Vervolgens zijn met de simulatiesoftware topologieoptimalisaties uitgevoerd die mogelijk materiaal- en dus gewichtsbesparingen aan het licht moesten brengen. "Wij zijn door onze sponsor Additive Industries op de simulatiesoftware van Altair geattendeerd, omdat zij er ook mee werken. Dankzij onze topologieoptimalisaties hebben wij het volume van de rotorbevestigingen met zo'n 54% kunnen reduceren, terwijl tevens het aantal unieke onderdelen met 50% is verminderd. Dat heeft een gewichtsbesparing van zo'n 1,5 kilogram opgeleverd, bijna 30% van het totaal. Omdat wij de bevestigingen van het zware metaal titaan gaan vervaardigen, is de besparing aan gewicht kleiner dan het volume. Als laatste stap wordt de optimale topologie nog ‘gefinetuned' voor het produceren met een 3D-printer."

rotorDankzij 3D-printen hebben nog maar vier van de onderdelen van de rotorbevestigingen nabewerking nodig. 

 

Doorlooptijdverkorting

Talaria heeft in nauwe samenwerking met Additive Industries en Altair de toepassingsmogelijkheden van 3D-printen onderzocht. Deze productiemethode is binnen de luchtvaart namelijk nog niet eerder gebruikt voor kritische onderdelen als de rotorbevestigingen. "3D-printen verkort ons productieproces aanzienlijk", licht Essle toe. "In het niet-geoptimaliseerde ontwerp bestond elke rotorbevestiging uit drie onderdelen, in totaal dus twaalf, die na het produceren ervan met waterstraalsnijden allemaal nog een nabehandeling nodig hadden. De totale doorlooptijd van het productieproces zou daarbij ongeveer twee tot drie weken worden, afhankelijk van de betrokken leverancier. Bij 3D-printen hebben maar vier onderdelen een nabehandeling nodig, wat de doorlooptijd flink verkort. Omdat onze rotorbevestigingen van het kostbare en sterke metaal titaan worden gemaakt, hebben wij bij de topologieoptimalisatie ook rekening gehouden met benodigde ondersteuningen. Deze verhogen namelijk zowel de kosten per onderdeel, als de tijd die nodig is om ze na de productie te moeten verwijderen."

 

Ambitie

De engineers van het Talaria-team hebben met Inspire verschillende simulaties uitgevoerd om de geometrie, het gewicht en de sterkte van de rotorbevestigingen te optimaliseren. "Altair Inspire is naar onze ervaring eenvoudig te leren en intuïtief te gebruiken software, inclusief simulatiegestuurde ontwerpfunctionaliteit", zegt Essle. "Verder werkt het programma ook makkelijk samen met 3DCAD-applicaties van andere leveranciers. De komende maanden gaan wij nog een aantal onderdelen optimaliseren, waaronder de koeling van het batterijenpakket en alles produceren voor de ‘flight readiness'-certificering dit najaar. Daarna wordt onze helikopter naar de Verenigde Staten vervoerd, om 29 februari 2020 mee te doen aan de Fly-off. Onafhankelijk van het feit of wij daar gaan winnen of niet, is het onze toekomstambitie om vliegen voor veel meer mensen toegankelijk te maken met innovatieve PAM-oplossingen."

Hermes


De Hermes II is een ultracompact, elektrisch, stil eenpersoonstoestel en Talaria's troef om volgend jaar de Fly-Off van Boeing's GoFly Prize te winnen:
  • Het toestel kan een half uur in de lucht blijven.
  • De Hermes II kan verticaal opstijgen en landen.
  • De topsnelheid ligt boven de 80 km/u.
  • De Hermes II is 30 procent lichter dan een motorfiets.
  • Het toestel kan een persoon van maximaal 100 kg vervoeren.
Om het toestel zo compact mogelijk te houden is gekozen voor coaxiale rotors. Dankzij de coaxiale rotors – twee boven elkaar geïnstalleerde rotors met tegengestelde draairichting en elk twee wieken – kan de staartrotor achterwege blijven. Wel is de constructie mechanisch complexer en moet de rotatie van beide rotors nauwkeurig op elkaar zijn afgestemd. De wieken van beide rotoren zijn bevestigd aan concentrische assen.

Het ontbreken van de staartrotor levert bovendien een bijdrage aan het geluid dat de Hermes II produceert. In de wedstrijdeisen staat namelijk dat het geluidsniveau beneden de 87 dBa dient te blijven. Is dat niet het geval – gemeten wordt bij de start en de landing – dan heeft dat een negatieve invloed op de uiteindelijk score bij de Fly-Off. Ook de afmetingen van het toestel (de enkelvoudige afstand tussen twee vlakken mag niet groter dan 8,5 ft (ongeveer 2, 59 m)) en de snelheid (minimaal 30 knopen (ongeveer 55,5 km/u)).

Bron: Constructeur
 

Video's

Radar inzetten als zonebewaking

Radar inzetten als zonebewaking

Pilz: "Ons robuuste radarsysteem is gemakkelijk inzetbaar als zonebewaking. Denk hierbij aan de…

Elektrische tatoeages van geprinte elektronica

Elektrische tatoeages van geprinte elektronica

Elektrotechnici van de Duke University hebben een volledig print-in-place techniek voor elektronica…

Vvormverandering van laken tot gezicht, of antenne

Vormverandering van laken tot gezicht, of antenne

Wat is er nodig om een laken te de vorm van een menselijk gezicht te geven? Hoe moet het groeien en…

Muziek maken van eiwitten

Muziek van eiwitten

Zoals componisten noten van verschillende toonhoogte en duur aaneen rijgen om muziek te maken,…

Koning Willem-Alexander opent (met enige moeite) Brainport Industries Campus

Koning Willem-Alexander opent (met enige moeite) Brainport Industries Campus

Zijne Majesteit Koning Willem-Alexander heeft begin deze maand de officiële opening verricht…

Meer videos »

Laatste nieuws

Almeerse fabriek bouwt huizen uit laagwaardige plasticsoep

Almeerse fabriek bouwt huizen uit laagwaardige plasticsoep

Save Plastics uit Arnhem heeft de aanbesteding gewonnen voor de oprichting van een plasticfabriek in Almere. De plastic afvalverwerker maakt van laagwaardig, gemengd afvalplastic nieuwe producten, zoals palen en…

Plastic vangen met bubbels

Plastic vangen met bubbels

Na de Interceptor van Boyan Slat dient zich al weer de volgende plasticvanger aan. Afgelopen week werd in Amsterdam in het Westerdok de eerste Bubble Barrier geplaatst. Een bellenscherm stuwt afval naar het oppervlak…

Brug nodig? AI ontwerpt hem wel

Brug nodig? AI ontwerpt hem wel

Grote ontwerpuitdagingen vereisen een creatieve en onderzoekende manier van beslissingen nemen: een vaardigheid waarin mensen uitblinken. Tot nog toe kon AI dit niet. Als ingenieurs AI gebruiken, passen ze het toe op een…

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Product van de maand

RSS
Compacte vergrendelmagneten bestand tegen hoge dwarskrachten

Onlangs heeft Magnet Schultz een doorontwikkeling van de serie G SC X geïntroduceerd onder de naam G SC X … B01.

Agenda

12 november 2019, Eindhoven

TU/e Data Science Summit

De jaarlijkse TU/e Data Science Summit, met sprekers uit de wereld van wetenschap en industrie, en een...

13 november 2019, Den Bosch

NCAB Group seminar: The challenges of the miniaturization’s densification for PCBs

A free seminar about the challenges of the miniaturization’s densification for PCBs.

13 november 2019, D&F kantoor Breda

Risico Identificatie Technieken in de proces industrie

13 nov, 27 nov en 11 dec 2019

Meer agendapunten »