ACELERACIÓN DE LA ELECTRIFICACIÓN DE AERONAVES CON INGENIERÍA INVERSA Y ESCANEADO 3D

La electrificación de vehículos ha recibido mucha tinta y tiempo de aire en los últimos años como una alternativa convincente a los automóviles y camiones tradicionales que funcionan con combustible.

Pero, ¿sabía también que los equipos de Investigación y Desarrollo aeroespacial y los grupos de investigación universitarios también están compitiendo para desarrollar aviones eléctricos con el fin de mitigar los costes disparados asociados con el consumo de combustible de los aviones, así como el impacto negativo de los aviones a base de combustible en el medio ambiente? Según la Asociación Internacional de Transporte Aéreo, el combustible representa casi el 50 % del coste total de propiedad de una aeronave. Esto lo convierte en un argumento convincente para la electrificación de aviones. Y los fabricantes de aviones apuestan por ello.

La Universidad de Sherbrooke, una universidad pionera en la provincia de Québec, también está allanando el camino para los aviones eléctricos. Veintiún estudiantes del departamento de Ingeniería Mecánica de la universidad, así como estudiantes universitarios locales, están poniendo su granito de arena para transformar la industria aeroespacial. Su proyecto, HERA (Hybrid Extended Range Aircraft) es un proyecto de fin de carrera, que tendrá una duración de dos años, y consiste en la electrificación de un avión biplaza KR-2.

Para lograr esta tremenda hazaña, el equipo ha estado utilizando el escáner HandySCAN 3D de Creaform para inspecciones, control de calidad e ingeniería inversa. “El objetivo de nuestro proyecto es demostrar la viabilidad del uso de electricidad para la propulsión de aeronaves y desarrollar un prototipo totalmente funcional y de alto rendimiento de un KR-2 eléctrico, la primera aeronave eléctrica construida en casa en Canadá”, explicó François Lachance, uno de los líderes del proyecto.

“La segunda misión del proyecto es compartir el conocimiento y las habilidades que hemos desarrollado durante los últimos meses con otras escuelas y empresas aeroespaciales para que puedan beneficiarse de nuestros descubrimientos y desarrollar sus propias versiones eléctricas o híbridas.”

Técnicas de diseño de productos en ingeniería inversa y desarrollo de nuevos productos

Como patrocinador principal del proyecto, Creaform ofreció al equipo de HERA un escáner HandySCAN 3D para que varios miembros del equipo pudieran realizar diversas inspecciones dimensionales. El escáner también se utilizó para aplicar ingeniería inversa de toda la aeronave para obtener el modelado adecuado.

Ingeniería inversa de escaneado 3D para construir modelos 3D

“Debido a que el avión fue construido por personas, no teníamos ningún modelo 3D. Es más, el prototipo inicial no era necesariamente perfecto en simetría y los tamaños reales de algunos componentes diferían de los de nuestros planes de montaje”, explicó Lachance.

Un rápido proceso de diseño de ingeniería inversa

Gracias a las tecnologías de medición 3D de Creaform, el equipo pudo crear con precisión y rapidez modelos digitales de la estructura interna y externa de la aeronave, todo en un fin de semana y con la ayuda de tres miembros del equipo.

Análisis del producto mediante ingeniería inversa

Lachance comentó: “La calidad del modelo digital fue fundamental para ayudarnos a diseñar los diferentes sistemas de la aeronave.” El equipo quedó especialmente impresionado por la capacidad del HandySCAN 3D para ayudar a los expertos a analizar rápidamente un producto mediante ingeniería inversa. Su portabilidad y precisión (hasta de 0,030 mm) hicieron que todo el proceso fuera eficiente. El software VXmodel de Creaform y sus funciones de escaneado a CAD, que ayudaron al equipo a simplificar sus mallas 3D en modelos CAD con su software CAD preferido, también fueron muy fáciles de usar.

El escaneado 3D acelera los procesos de medición e inspección

Lachance también mencionó que el HandySCAN 3D aceleró todos los procesos de medición e inspección, que habrían sido engorrosos y hubieran requerido demasiado tiempo además aumentó la probabilidad de detectar errores si se hubieran llevado a cabo manualmente. Aún más impresionante: el equipo estimó que si hubieran utilizado métodos manuales tradicionales, les habría llevado hasta 300 horas llevar a cabo el proceso de medición y digitalización. ¡Con el HandySCAN 3D, solo les tomó 80 horas!

Además, los modelos 3D que se generaron con el HandySCAN 3D permitieron al equipo realizar análisis de elementos finitos (FEA) en la estructura de la aeronave. HERA es el resultado de una colaboración conjunta entre el equipo de desarrollo y los principales patrocinadores, que incluyen Bombardier, Pratt & Whitney Canada, Siemens, Unither Bioélectronique, Optis Ingénierie, Creaform, L3 Harris, National Research Council Canada y MayaHTT. “Es una gran oportunidad para que las partes interesadas de la industria trabajen codo con codo con estudiantes de ingeniería prometedores para crear el futuro de poderosos aviones eléctricos”, agregó Lachanced.

Ahora mismo, el principal objetivo del equipo, desde una perspectiva técnica, es demostrar que su prototipo puede volar. La aeronave se dará a conocer inicialmente por primera vez en el evento de ingeniería de fin de año de la Universidad de Sherbrooke y en una de las exposiciones más grandes de Canadá donde se exponen proyectos de ingeniería a principios de diciembre de 2019. Las primeras pruebas en tierra se realizarán para probar la maniobrabilidad y la potencia de la aeronave en enero de 2020. Al mismo tiempo, Transport Canada también inspeccionará la aeronave. “¡Estamos en los últimos kilómetros para ver cómo nuestro proyecto cobra vida!”

“La aeronave contará con un motor eléctrico y baterías muy potentes”, indicó Lachance. “Uno de los mayores desafíos ha sido diseñar y ensamblar una batería de iones de litio de forma segura. Esto significó que tuvimos que realizar varias pruebas para mitigar las fugas térmicas, así como para determinar los niveles de rendimiento eléctrico y mecánico del motor.”

Además, otro desafío al que se enfrentó el equipo fue integrar a la perfección todos los sistemas de la aeronave. “Debido a que nuestro avión es el primero en América del Norte, las normas y estándares de aeronavegabilidad aún no se han desarrollado ni certificado para este tipo de propulsión eléctrica. La seguridad de las baterías y del piloto es primordial”, señaló Lachance.

El trabajo del equipo de HERA se completó en una sala dedicada a albergar vehículos eléctricos, a diferencia de un entorno de laboratorio cerrado. “Teníamos la confianza de que la precisión y la repetibilidad de nuestros resultados de medición no se veían comprometidas debido a la ubicación de nuestro trabajo.” Lachance atribuye el hecho de que sus resultados no se vieron comprometidos debido a que el HandySCAN 3D es un dispositivo de autoposicionamiento y su sistema de referencia dinámica bloquea la posición del escáner en la pieza, haciéndolo insensible a movimientos y vibraciones.

El proyecto HERA de la Universidad de Sherbrooke es solo un ejemplo de cómo el paquete educativo ACADEMIA de Creaform está ayudando a las facultades de ingeniería de todo el mundo a beneficiarse de las ventajas de las soluciones de medición 3D para ayudarles a impulsar aún más la tecnología. De hecho, muchas universidades están poniendo en marcha laboratorios dirigidos por estudiantes con escáneres 3D para que los futuros ingenieros puedan aprender sobre la metrología de forma práctica y desarrollar proyectos asombrosos con este campo emergente y sus tecnologías de medición 3D asociadas.

¡Esté atento a las actualizaciones sobre los próximos resultados de las pruebas de HERA y las futuras contribuciones de Creaform a este proyecto pionero!