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Im Kommerziellen Handel Erhältliche Standardmotoren Verkürzen Die Entwicklungszeit Für Luftfahrt Und Verteidigung
„Commercial Off-The-Shelf“ (COTS) bezieht sich auf Standardprodukte in kommerzieller oder industrieller Qualität, die jederzeit zur Verfügung stehen – typischerweise ab Lager. Die meisten Projekte auf dem Luftfahrt- und Verteidigungsmarkt erfordern strenge Spezifikationen, um ein robustes und langlebiges Produkt zu entwickeln, das in extremen Umgebungen eingesetzt werden kann. COTS-Produkte können mit geeigneten Materialien oder Komponenten modifiziert werden, um anspruchsvollen Bedingungen gerecht zu werden und die Produktentwicklungszeit erheblich zu verkürzen.
Eine COTS-Motorlösung für den Einsatz in der Luftfahrt und Verteidigung ist normalerweise nur ein Ausgangspunkt für die Erstellung eines schnellen ersten Prototyps zur Validierung eines Konzeptnachweises. Das Design umfasst dann wiederholte Motoroder Antriebsmodifikationen und umfangreiche Tests zur Validierung für den Einsatz. Militärische Spezifikationen umfassen zahlreiche Anforderungen in Bezug auf Umgebungsbedingungen und stellen kritische Anforderungen an die Herstellung dar, die an ISO- und Qualitätssystemmandate gebunden sind. Selbst unter Berücksichtigung dieser gemeinsamen Herausforderungen kann die Projektzykluszeit immer noch verkürzt werden, indem ein COTS-Motorprodukt als Basisdesign verwendet wird.
Eine Alternative zu einem COTS-Produkt ist ein „Design-from-Scratch“-Ansatz, bei dem ein Verteidigungsunternehmen einen Vertrag mit einem Motorhersteller abschließt, um ein Produkt zu entwerfen und zu entwickeln, das die gewünschte Spezifikation erfüllt. Dieses Verfahren kann erheblich mehr Zeit in Anspruch nehmen und gegenüber einem COTSAnsatz auch mit erheblichen Kosten verbunden sein. Außerdem kann es schwierig sein, einen Hersteller mit der erforderlichen Erfahrung sowohl im Bereich der Motorentwicklung als auch im Einsatz in der Luftfahrt und Verteidigung zu finden.
Ein „Design-from-Scratch“-Ansatz umfasst die Entwicklung produktionsreifer Zeichnungen und die Erstellung von Werkzeug- und Prozessdokumentationen für die Fertigung. Dokumention und Werkzeugausrüstung sind bereits im Standarddesign etabliert. Die mit dem neuen Motordesign verbundene Werkzeugherstellung kann länger als ein Jahr dauern, während das COTSProdukt bereits mit Werkzeugen ausgestattet ist. Der mit einer COTS-Lösung verbundene Zeit- und Kostenaufwand konzentriert sich auf die Modifikationen, die erforderlich sind, um sie an die Spezifikation anzupassen. Die Partnerschaft mit einem erfahrenen Hersteller wie Portescap minimiert den Zeitaufwand für die Suche nach Lösungen, die den typischen Herausforderungen einer Mil-Spec-Anwendung gerecht werden. Dank des umfangreichen Produktportfolios von Portescap kann eine Standardlösung einfach und effizient angepasst und die Gesamtentwicklungszeit verkürzt werden.
SPEZIFIKATIONSHERAUSFORDERUNGEN ZUR ERFÜLLUNG DER ANFORDERUNGEN AN DEN EINSATZ IN DER LUFTFAHRT UND VERTEIDIGUNG
Während die meisten COTS-Motordesigns viele grundlegende Mil-Spec-Anforderungen mit minimalen Modifikationen erfüllen können, gibt es allgemeine Spezifikationen, die möglicherweise zusätzliche Überlegungen erfordern:
| • | Stöße und Vibrationen |
| • | Breiter Temperaturbereich |
| • | Druck (Vakuum) |
Anforderungen an die Stoßbelastung und Vibrationen umfassen typischerweise die höheren radialen und axialen Kräfte, denen der Motor sowohl im Betriebs- als auch im Ruhezustand ausgesetzt sein kann. Während der Transports der Maschine oder der Ausrüstung von einem Lager zu einem Einsatzort können Kräfte auch im Ruhezustand auftreten. Während eines Starts können hohe Stoßbelastungs- und Vibrationskräfte auftreten, wie sie beispielsweise bei einem Raketen- Ruderaktuator auftreten. In den meisten Fällen können die Stoßbelastungs- und Vibrationsspezifikationen erfüllt werden, indem das Standardlagersystem mit einer robusteren Lösung aufgerüstet wird, die die Stoßbelastungen tolerieren kann. Rückführungselemente müssen auch robuster gemacht werden, indem die Glasscheiben des Encoders durch weniger zerbrechliche Lösungen wie Drehmelder oder Magnetmaßstäbe ersetzt werden.
Militärische Spezifikationen müssen breite Temperaturbereiche berücksichtigen, da die Ausrüstung unter jeglichen Arten von extremen Bedingungen funktionieren muss. Ein Aktuator für ein Kraftstoffventil eines Flugzeugs ist extremen Temperaturen ausgesetzt, wenn es vom Start in den Betrieb in großer Höhe übergeht. Die Änderungsrate der Temperatur kann ein Problem darstellen, da sich verschiedene Motormaterialien unterschiedlich schnell ausdehnen oder zusammenziehen können, was den Motor möglicherweise beschädigen könnte. Standardmotoren können modifiziert werden, um diesen Variationen Rechnung zu tragen, wie z. B. durch die Anpassung der Schmierung in den Lagern, um die Anforderungen bei hohen oder niedrigen Temperaturen zu erfüllen, oder durch die Modifikation der Materialien des Wicklungs- und Isolationssystems, um extremen Temperaturen standzuhalten.
Unter Vakuumbedingungen müssen verschiedene Herausforderungen bewältigt werden. Flugzeuge in hoher Einsatzhöhe sowie Raumfahrzeuge sind Umgebungen mit sehr niedrigem Druck und Vakuum ausgesetzt, die die Fähigkeit des Motors, Wärme abzuleiten, beeinträchtigen. Nanosatelliten-Aktuatoren für die Positionierung von Solarmodulen müssen funktionieren und zuverlässig sein, wenn der Satellit seine orbitale Höhenposition erreicht. Die Standard-Bürstenmaterialien in Bürsten-Gleichstrommotoren können in großen Einsatzhöhen oder im Vakuum versagen. Das Ausgasen der Lagerschmierung kann die Lebensdauer der Lager beeinträchtigen oder zur Kontamination der Vakuumumgebung mit unerwünschten Partikeln beitragen. Jede dieser Herausforderungen kann bewältigt werden, indem Standardbürsten- und -Kommutatormaterialien durch solche ersetzt werden, die für Vakuumanforderungen geeignet sind, zusätzliche Wärmeableitungsmethoden als Teil der Motorintegration integriert werden, und Materialien ausgewählt werden, um das Ausgasen und Schmieren nach MIL-Spezifikation anzugehen.
COTS-LÖSUNGEN BIETEN ZAHLREICHE VORTEILE FÜR VERTRAGSPARTNER AUS LUFTFAHRT UND VERTEIDIGUNG
Der Vertragspartner aus der Verteidigung kann vorhandene Designs nutzen und von der Erfahrung des Motorherstellers profitieren, um die Lösung individuell anzupassen – als „Same-as-except“-Ansatz, der die folgenden Vorteile bietet:
Wettbewerbsfähige Preise
COTS-Motorausführungen sind zu wettbewerbsfähigen Preisen und mit kurzen Vorlaufzeiten auf dem Markt erhältlich und können direkt von namhaften Herstellern oder einem Händlernetz bezogen werden.
Auswahl an erfahrenen Motorherstellern
Viele Hersteller bieten zuverlässige Motorlösungen, die für robuste Industrieumgebungen geeignet sind, verfügen über Erfahrung in der kundenspezifischen Anpassung an Umgebungsanforderungen und bieten die Möglichkeit, anwendungsspezifische Tests zu unterstützen (entweder intern beim Hersteller oder in externen Einrichtungen, je nach Anforderungen).
An die Kundenbedürfnisse angepasste Entwicklungszeiten
Die Verwendung eines COTS-Produkts zur Entwicklung eines schnellen Prototyps ermöglicht es dem Konstrukteur, sich auf die spezifischen Modifikationen zu konzentrieren, die erforderlich sind, um kritische Spezifikationen zu erfüllen. Diese Methode kann den gesamten Entwicklungszyklus komprimieren und schlägt sich in reduzierten Kosten für die einmalige Projektierung nieder.
Neueste Technologie und optimierte Leistung
Hersteller verbessern und erweitern Designs auf der Grundlage der neuesten verfügbaren Technologien, die es den Vertragspartnern aus der Verteidigung ermöglichen, die Vorteile der aktuellen Fortschritte bei Materialien und Herstellungsprozessen zu nutzen. Portescap nutzt seine Erfahrungen, um die zahlreichen Umweltherausforderungen für den Einsatz in der Luftfahrt und Verteidigung zu meistern und neue Motorfunktionen zu entwickeln, die die Fortschritte in der Magnettechnologie und neue Motorherstellungskonzepte nutzen. Die Verwendung eines im Handel erhältlichen Produkts mit weit verbreiteter Verwendung liefert auch signifikante Zuverlässigkeitsdaten in der realen Welt im Vergleich zu einer von Grund auf neu entwickelten Lösung.
FAZIT
Der COTS-Ansatz zur Entwicklung einer Lösung für die Luftfahrt und Verteidigung ist nur mit einem kooperativen und kollaborativen Zulieferer möglich, der sich stark für die Unterstützung spezifischer Anforderungen einsetzt. Die optimale Lösung entsteht, wenn Konstrukteure früh im Ideenfindungsprozess mit ihrem Anbieter von Antriebslösungen zusammenarbeiten. Von besonderer Bedeutung für die Verwendung von COTS ist die Fähigkeit der Hersteller, Standardprodukte für Prototypen in kleinen Chargen anzupassen, was ein iterativer Prozess mit mehreren Schritten sein kann, bevor ein endgültiges Design akzeptiert wird. Viele Anwendungen aus dem Bereich der Luftfahrt und Verteidigung erfordern eine verbindliche Produktverfügbarkeit für einen längeren Zeitraum, der kundenspezifische Anpassungen für erste Prototypen, Qualifizierungstests und die endgültige Produktabnahme umfasst, bevor nennenswerte Einnahmen erzielt werden. Portescap versteht die Anforderungen von Mil-Spec-Anwendungen und hat eine nachgewiesene Erfolgsbilanz bei der Anpassung von Standardprodukten, um strenge Anforderungen zu erfüllen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die kundenspezifische Anpassung von kommerziellen Standardprodukten (COTS) eine zeitsparende Lösung für den Einsatz in der Luftfahrt und Verteidigung ist, um die Entwicklung wichtiger Programme zu beschleunigen. Produkte können so modifiziert werden, dass sie in extremen Umgebungen zuverlässig funktionieren, ohne die Innovation und eine schnellere Markteinführung zu beeinträchtigen.
