Crédit :Whittle Lab
Nous assistons à un changement transformationnel dans les secteurs de la propulsion et de l'énergie. L'aviation et la production d'électricité ont apporté d'énormes avantages :connecter les gens à travers le monde et fournir des une électricité fiable à des milliards, mais il est désormais urgent de réduire leurs émissions de carbone.
L'électrification est un moyen de décarboner, certainement pour les avions de petite et moyenne taille. En réalité, plus de 70 entreprises prévoient un premier vol de véhicules aériens électriques d'ici 2024. Pour les gros porteurs, aucune alternative au moteur à réaction n'existe actuellement, mais de nouvelles architectures d'avions radicales, tels que ceux développés par la Cambridge-MIT Silent Aircraft Initiative et le projet NASA N+3, montrer la possibilité de réduire le CO
Un fil conducteur entre ces technologies et celles nécessaires à l'énergie renouvelable est leur dépendance à l'efficacité, des turbomachines fiables, une technologie qui est au cœur de notre travail depuis 50 ans. Actuellement, nous travaillons sur des applications qui incluent le développement d'avions électriques et hybrides-électriques, la production d'électricité à partir des marées et de la chaleur basse, comme l'énergie solaire, et les moteurs à hydrogène.
Nous travaillons également sur les technologies existantes pour réduire les émissions de carbone, comme les éoliennes, et développer la prochaine génération de moteurs à réaction tels que le moteur UltraFan de Rolls-Royce, qui permettra au CO
Un élément clé pour relever le défi de la décarbonation est d'accélérer le développement technologique. Et donc, au cours des cinq dernières années, notre objectif principal a été le processus lui-même – nous avons demandé « pouvons-nous développer une technologie plus rapidement et moins cher ? » La réponse est oui, au moins 10 fois plus rapide et 10 fois moins chère. Notre solution consiste à fusionner les systèmes numériques et physiques impliqués. En 2017, nous avons entrepris un essai pionnier d'une nouvelle méthode de développement technologique. Une équipe de chercheurs universitaires et de designers industriels a été intégrée au Whittle et a reçu quatre technologies à développer.
Les résultats étaient étonnants. En 2005, un procès similaire a pris deux ans au Whittle. En 2017, les méthodes de tests agiles ont pris moins d'une semaine, démontrant un développement technologique cent fois plus rapide.
Nous le décrivons comme « resserrer le cercle » entre la conception, fabrication et essais. Les délais de conception des nouvelles technologies ont été réduits d'environ un mois à un ou deux jours grâce à des systèmes de conception augmentés et basés sur l'apprentissage automatique. Ceux-ci utilisent un logiciel de simulation de flux interne qui est accéléré par des cartes graphiques développées pour l'industrie des jeux informatiques.
Les délais de fabrication des nouvelles technologies sont passés de deux ou trois mois à deux ou trois jours en reliant directement les systèmes de conception à des rangées d'outils internes d'impression 3D et d'usinage rapide, plutôt que de faire appel à des fournisseurs externes. Les concepteurs peuvent désormais essayer de nouveaux concepts sous forme physique très peu de temps après la conception d'une idée.
Les temps de test ont été réduits d'environ deux mois à quelques jours en entreprenant une "analyse de flux de valeur" du processus expérimental. Chaque opération séquentielle a été analysée, nous permettant de supprimer plus de 95 % des tâches, produisant un processus beaucoup plus léger d'assemblage et de démontage. Les résultats des tests sont automatiquement renvoyés au système de conception augmentée, lui permettant d'apprendre à la fois des données numériques et physiques.
Il y a une échelle de temps humaine naturelle d'environ une semaine selon laquelle si vous passez de l'idée au résultat, vous avez un cercle vertueux entre la compréhension et l'inspiration. Nous avons constaté que lorsque l'échelle de temps du développement technologique se rapproche de l'échelle de temps humaine, comme c'est le cas dans notre processus simplifié, l'innovation explose.
Le New Whittle Laboratory abritera le National Center for Propulsion and Power, devrait ouvrir en 2022 avec un financement de l'Institut de technologie aérospatiale. Un atout national, le centre est conçu pour combiner une version à plus grande échelle de la capacité de test agile avec une capacité de fabrication de pointe pour couvrir environ 80 pour cent des futurs besoins technologiques aérodynamiques du Royaume-Uni.
La clé du succès du Whittle Laboratory a été ses solides partenariats industriels - avec Rolls-Royce, Mitsubishi Heavy Industries et Siemens depuis plus de 50 ans, et avec Dyson pendant environ cinq ans. Ainsi, un autre élément du nouveau développement sera un « espace de défi de propulsion et de puissance ». Ici, des équipes de toute l'Université colocaliseront avec l'industrie pour développer les technologies nécessaires à la décarbonisation des secteurs de la propulsion et de l'énergie.
La durée et la profondeur de ces partenariats présentent de nombreux avantages. Ils ont permis de partager la stratégie technologique au plus haut niveau, et de nouveaux projets à démarrer rapidement, sans avoir besoin d'avocats contractuels. Les équipes de transfert de technologie conjointes industrie-université se déplacent de manière transparente entre l'industrie et l'université, s'assurer que les technologies sont transférées avec succès dans le produit.
Plus important encore, les partenariats constituent une source de « vrais » projets de recherche à fort impact. Ce sont ces partenariats industriels à long terme qui ont fait du Whittle le laboratoire de recherche sur la propulsion et l'énergie le plus performant au monde sur le plan académique.
Nous sommes à un moment charnière, en termes à la fois de l'histoire de Cambridge en matière de développement technologique de pointe en matière de propulsion et de puissance, et le besoin de l'humanité de décarboniser ces secteurs. Il y a tout juste 50 ans, à l'ouverture du premier Whittle Laboratory, la recherche et l'industrie ont relevé le défi de faire du transport aérien de masse une réalité. Désormais, le New Whittle Laboratory va nous permettre de montrer la voie pour le rendre vert.
Une réponse audacieuse au plus grand défi du monde
L'Université de Cambridge s'appuie sur ses recherches existantes et lance une nouvelle initiative ambitieuse sur l'environnement et le changement climatique. Cambridge Zero ne se limite pas à développer des technologies plus vertes. Il exploitera toute la puissance de l'expertise de l'Université en matière de recherche et de politique, développer des solutions qui fonctionnent pour nos vies, notre société et notre biosphère.
