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Solar Impulse 2 Solarflugzeug wurde komplett auf Basis digitaler Modelle entwickelt

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Es kann frustrierend sein, wenn einem der Treibstoff ausgeht. Manchmal führt es aber auch zu neuen Erfahrungen. Als Bertrand Piccard 1999 die erste Erdumrundung in einem Heißluftballon absolvierte, startete er mit 3,7 Tonnen Flüssiggas an Bord; bei der Landung 20 Tage später waren nur noch 40 Kilogramm übrig – der Beginn eines Abenteuers.

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Die Ingenieure von Solar Impulse vertrauten bei der Entwicklung des Flugzeugs auf die 3D-Experience-Plattform von Dassault Systèmes.
Die Ingenieure von Solar Impulse vertrauten bei der Entwicklung des Flugzeugs auf die 3D-Experience-Plattform von Dassault Systèmes.
(Bild: Dassault Systèmes)

„Das war knapp“, sagte Piccard dazu. „Während der ganzen Fahrt war ich besorgt, dass mir das Gas ausgehen könnte. Darum entschloss ich mich, bei meiner nächsten Erdumrundung ganz ohne Treibstoff auszukommen.“ Damit begann das Abenteuer von Solar Impulse.

Der Pioniergeist liegt bei Piccard in der Familie. Sein Großvater Auguste Piccard konstruierte einen Ballon mit einer luftdichten Überdruckkabine und war der erste Mensch, der bis in die Stratosphäre vorstieß. Sein Vater Jacques Piccard stellte einen Rekord auf, als er bis auf den Grund des Mariannengrabens im Pazifischen Ozean hinabtauchte, dem tiefsten Ort der Weltmeere. Durch sie kam Bertrand Piccard mit vielen Entdeckern, Pionieren und Astronauten in Kontakt, darunter Neil Armstrong oder Flugpionier Charles Lindbergh.

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Sie wurden zu seinen Vorbildern und erweckten den Entdeckerdrang in ihm. „Als Kind war ich von ihren Abenteuern fasziniert“, so Piccard. „Sie waren in unserer Familie häufig Gesprächsthema beim Abendessen.“

Solar Impulse 2: auf geringeren Energieverbrauch optimiert

Aktuell versuchen Bertrand Piccard und André Borschberg, enger Freund und Mitbegründer von Solar Impulse, die Erde mit Solar Impulse 2, einem vollständig durch Solarenergie angetriebenen Flugzeug, zu umrunden. Warum Solar Impulse 2? „Weil Solar Impulse 1, das erste von uns gebaute Solarflugzeug, mehr eine Art Prototyp darstellte – ein fliegendes Labor, das wir für Tests in verschiedenen Situationen eines Flugs und bei unterschiedlichen Wetterbedingungen verwendet haben“, erklärt Borschberg, CEO von Solar Impulse. „Das zweite Flugzeug ist auf Langstreckenflüge, geringeren Energieverbrauch und verbesserte Flugeigenschaften ausgelegt. Deshalb Solar Impulse 2.“

Mehr als 50 Kollegen arbeiten am Flugzeug

Als ihm Piccard seine Idee eines Fluges rund um die Erde nur mit Solarenergie vorstellte, „sagte ich ihm, ich bräuchte einen Tag Bedenkzeit, aber im Grunde wusste ich da schon, dass ich ‚Ja‘ sagen würde“, so Borschberg. Als ehemaliger Pilot der Schweizer Luftwaffe, Ingenieur und Absolvent der prestigeträchtigen Sloan School of Management am MIT hat Borschberg Lizenzen als Flugzeug- und Helikopterpilot. Er bringt zudem mehr als 20 Jahre Erfahrung als Geschäftsmann und Unternehmer in das Projekt ein. Als CEO leitet er das mehr als 50-köpfige technische Team, das am Flugzeug arbeitet, und beaufsichtigt mit seinen konstruktionstechnischen und geschäftlichen Fertigkeiten die Entwicklung sowie die Flugvorbereitung.

Nicht verrückt, sondern überzeugt

Die Projektgründer haben für die Entwicklung ihres Flugzeugs die 3D-Experience-Plattform von Dassault Systèmes gewählt, „denn wir glauben, dass dies die besten Technologien auf dem Markt sind“, sagt Borschberg. „Alles an diesem Flugzeug ist neu. Es ist ein komplexes Projekt. Normalerweise nutzt man vorhandene Motoren, wenn man ein neues Flugzeug bauen möchte, und wenn man neue Motoren testen will, tut man dies in vorhandenen Flugzeugen. Hier allerdings ist der Antrieb neu. Der Motortyp ist neu. Die Struktur ist neu. Das Vorhaben ist folglich äußerst komplex. Unser technischer Berater hat uns für verrückt erklärt, weil wir ausschließlich auf ein digitales 3D-Modell zurückgreifen wollten, anstatt ein physisches Modell zu bauen. Doch wir hatten Vertrauen in diese Technologien.“

Digitale Konstruktion und Simulation

Neben der Entwicklung des Flugzeugs mit den 3D-Experience-Applikationen konnten die Ingenieure von Solar Impulse ihre Konstruktionen auch mit verschiedenen Konfigurationen testen. „Die Entwicklungs- und Simulationsanwendungen der 3D-Experience-Plattform waren extrem hilfreich für uns; mit ihnen konnten wir unser Flugzeug ohne physische Prototypen entwickeln, deren Bau sehr teuer und langwierig gewesen wäre“, so Borschberg. „Wir fingen mit dem Entwurf der einzelnen Teile an, die wir dann mit den Montagefunktionen der 3D-Experience-Plattform zusammensetzten, bevor es schließlich mit der tatsächlichen Herstellung weiterging. Wir haben immer gesagt: Wenn es bereits in der digitalen Simulation am Bildschirm nicht funktioniert, dann bekommen wir mit Sicherheit während der Montage echte Probleme. Dank Catia funktionierte alles schon beim ersten Versuch so, wie es sollte“, erläutert Jonas Schär, Konstruktionsleiter bei Solar Impulse.

3D-Modell enthält alle Konstruktions- und Herstellungsdaten

Die Ingenieure nutzten auch die Verbundwerkstoff- und Fertigungsanwendungen der 3D-Experience-Plattform für die Definition und Optimierung der einzelnen Lagen der Karbonfaserstruktur des Flugzeugs als auch für die Bearbeitung der Werkzeuge, die verwendet wurden, um viele der Karbonteile intern herzustellen. Solar Impulse verfügt dank der Konstruktion des Flugzeugs mit den Anwendungen von Dassault Systèmes über ein vollständiges und genaues Bild des Flugzeugs – bis ins kleinste Detail.

„Damit erreichten wir die komplette Nachverfolgbarkeit und Kontrolle über unser Flugzeug, vom ersten Entwurf bis zur Werkshalle, in der es gebaut wurde“, so Schär. „So konnten wir sicher sein, dass jede Schraube, jede Platte und Unterlegscheibe im Entwurf und 3D-Modell auch im eigentlichen, physischen Flugzeug zu finden ist. Diese Nachverfolgbarkeit ist zudem ein wichtiger Teil des Zulassungsverfahrens. Gegenüber Behörden können wir nun lückenlos nachweisen, dass der Entwurf auch dem entspricht, was tatsächlich gebaut und getestet wurde. Das 3D-Modell ist unser Nachweis. Alle Konstruktions- und Herstellungsdaten werden im System hinterlegt, sind leicht zugänglich und können bei Bedarf den Inspektoren der Prüfstellen vorgelegt werden.“

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