We zien een transformationele verandering in de voortstuwings- en energiesector. Luchtvaart en energieopwekking hebben enorme voordelen opgeleverd:mensen over de hele wereld met elkaar verbonden en veilige, betrouwbare elektriciteit tot miljarden, maar het verminderen van hun koolstofemissies is nu dringend nodig.

Elektrificatie is een manier om koolstofarm te maken, zeker voor kleine en middelgrote vliegtuigen. In feite, meer dan 70 bedrijven plannen een eerste vlucht van elektrische luchtvoertuigen tegen 2024. Voor grote vliegtuigen, er bestaat momenteel geen alternatief voor de straalmotor, maar radicaal nieuwe vliegtuigarchitecturen, zoals die ontwikkeld door het Cambridge-MIT Silent Aircraft Initiative en het NASA N+3-project, de mogelijkheid van CO .-reductie laten zien ₂ uitstoot met ongeveer 70 procent.

Een rode draad in deze technologieën en die welke nodig zijn voor hernieuwbare energie is hun afhankelijkheid van efficiënte, betrouwbare turbomachines - een technologie die de afgelopen 50 jaar centraal heeft gestaan ​​in ons werk. Momenteel werken we aan toepassingen voor onder meer de ontwikkeling van elektrische en hybride-elektrische vliegtuigen, de opwekking van stroom door de getijden en laagwaardige warmte, zoals zonne-energie, en op waterstof gebaseerde motoren.

We werken ook aan bestaande technologieën om de CO2-uitstoot te verminderen, zoals windturbines, en de ontwikkeling van de volgende generatie straalmotoren, zoals de UltraFan-motor van Rolls-Royce, waardoor CO ₂ emissiereducties van 25 procent tegen 2025. Een goed voorbeeld is het onderzoek van Dr. Chez Hall naar een mogelijke vervanging voor de 737. Deze futuristische vliegtuigarchitectuur omvat een elektrisch voortstuwingssysteem dat wordt ingebed in de romp van het vliegtuig, waardoor het brandstofverbruik tot 15 procent kan worden verminderd.

Een belangrijk element om de decarbonisatie-uitdaging aan te gaan, is het versnellen van de technologische ontwikkeling. En dus, de afgelopen vijf jaar, onze primaire focus was het proces zelf - we vroegen ons af:"Kunnen we technologie sneller en goedkoper ontwikkelen?" Het antwoord is ja - minstens 10 keer sneller en 10 keer goedkoper. Onze oplossing is om de betrokken digitale en fysieke systemen samen te voegen. in 2017, we hebben een baanbrekende proef gedaan met een nieuwe methode van technologische ontwikkeling. Een team van academische onderzoekers en industrieel ontwerpers werd ingebed in de Whittle en kreeg vier technologieën om te ontwikkelen.

De resultaten waren verbluffend. In 2005, een soortgelijk proces duurde de Whittle twee jaar. in 2017, de agile testmethoden duurden minder dan een week, het demonstreren van een honderd keer snellere technologische ontwikkeling.

We beschrijven het als "de cirkel aanhalen" tussen ontwerp, vervaardigen en testen. Ontwerptijden voor nieuwe technologieën zijn teruggebracht van ongeveer een maand tot een of twee dagen met behulp van augmented en op machine learning gebaseerde ontwerpsystemen. Deze maken gebruik van interne stroomsimulatiesoftware die wordt versneld door grafische kaarten die zijn ontwikkeld voor de computerspelindustrie.

De productietijden voor nieuwe technologieën zijn teruggebracht van twee of drie maanden naar twee of drie dagen door de ontwerpsystemen rechtstreeks te koppelen aan rijen intern 3D-printen en snelle bewerkingstools, in plaats van te vertrouwen op externe leveranciers. Ontwerpers kunnen nu heel snel nadat een idee is ontstaan ​​nieuwe concepten in fysieke vorm uitproberen.

De testtijden zijn teruggebracht van ongeveer twee maanden tot een paar dagen door een "waardestroomanalyse" van het experimentele proces uit te voeren. Elke opeenvolgende operatie werd geanalyseerd, waardoor we meer dan 95 procent van de taken kunnen verwijderen, waardoor een veel slanker proces van montage en demontage ontstaat. Testresultaten worden automatisch teruggekoppeld naar het verbeterde ontwerpsysteem, waardoor het kan leren van zowel de digitale als de fysieke gegevens.

Er is een natuurlijke menselijke tijdschaal van ongeveer een week waarbij als je van idee naar resultaat gaat, je een vicieuze cirkel hebt tussen begrip en inspiratie. We hebben ontdekt dat wanneer de tijdschaal voor technologieontwikkeling de menselijke tijdschaal nadert, zoals in ons afgeslankte proces, innovatie explodeert.

Het New Whittle Laboratory zal het National Center for Propulsion and Power huisvesten, te openen in 2022 met financiering van het Aerospace Technology Institute. Een nationaal bezit, het centrum is ontworpen om een ​​opgeschaalde versie van de behendige testcapaciteit te combineren met de modernste productiecapaciteit om ongeveer 80 procent van de toekomstige behoeften op het gebied van aerodynamische technologie in het VK te dekken.

De sleutel tot het succes van het Whittle Laboratory waren de sterke industriële partnerschappen met Rolls-Royce, Mitsubishi Heavy Industries en Siemens al meer dan 50 jaar, en met Dyson voor ongeveer vijf jaar. Dus een ander onderdeel van de nieuwe ontwikkeling zal een 'Propulsion and Power Challenge Space' zijn. Hier, teams van over de hele universiteit zullen samen met de industrie de technologieën ontwikkelen die nodig zijn om de voortstuwings- en energiesector koolstofarm te maken.

De lengte en diepte van deze partnerschappen hebben zoveel voordelen. Ze hebben ervoor gezorgd dat technologiestrategie op het hoogste niveau kan worden gedeeld, en nieuwe projecten snel van start gaan, zonder dat er contractadvocaten nodig zijn. Gezamenlijke industrie-academische technologieoverdrachtteams schakelen naadloos tussen de industrie en de academische wereld, ervoor te zorgen dat technologieën met succes worden omgezet in producten.

Het belangrijkste is, de partnerschappen vormen een bron van "echte" onderzoeksprojecten met een grote impact. Het zijn deze langdurige industriële partnerschappen die de Whittle tot 's werelds meest academisch succesvolle onderzoekslaboratorium voor voortstuwing en kracht hebben gemaakt.

We bevinden ons op een cruciaal moment, in termen van zowel Cambridge's geschiedenis van toonaangevende technologische ontwikkeling op het gebied van voortstuwing en vermogen, en de behoefte van de mensheid om deze sectoren koolstofarm te maken. Nog maar 50 jaar geleden, bij de opening van het oorspronkelijke Whittle Laboratory, onderzoek en de industrie stonden voor de uitdaging om massaal vliegreizen te realiseren. Nu zal het New Whittle Laboratory ons in staat stellen om het voortouw te nemen bij het groen maken.

Een gedurfd antwoord op 's werelds grootste uitdaging

De Universiteit van Cambridge bouwt voort op bestaand onderzoek en lanceert een ambitieus nieuw initiatief voor milieu en klimaatverandering. Cambridge Zero gaat niet alleen over het ontwikkelen van groenere technologieën. Het zal de volledige kracht van de onderzoeks- en beleidsexpertise van de universiteit benutten, het ontwikkelen van oplossingen die werken voor ons leven, onze samenleving en onze biosfeer.