Green-sky-tænkning for fremdrift og kraft

Vi ser en transformerende ændring i fremdrifts- og kraftsektoren. Luftfart og elproduktion har medført enorme fordele - at forbinde mennesker over hele verden og levere sikre, pålidelig elektricitet til milliarder - men det er nu påtrængende nødvendigt at reducere deres CO2 -udledning.

Elektrificering er en måde at dekarbonisere, bestemt til små og mellemstore fly. Faktisk, mere end 70 virksomheder planlægger en første flyvning med elektriske luftfartøjer i 2024. For store fly, intet alternativ til jetmotoren findes i øjeblikket, men radikale nye flyarkitekturer, såsom dem, der er udviklet af Cambridge-MIT Silent Aircraft Initiative og NASA N+3-projektet, vise muligheden for at reducere CO ₂ emissioner med omkring 70 procent.

En rød tråd i disse teknologier og dem, der er nødvendige for vedvarende energi, er deres afhængighed af effektive, pålidelige turbomaskiner - en teknologi, der har været central for vores arbejde i de sidste 50 år. I øjeblikket arbejder vi på applikationer, der omfatter udvikling af elektriske og hybridelektriske fly, produktionen af ​​strøm fra tidevandet og lavgradig varme, som solenergi, og brintbaserede motorer.

Vi arbejder også på eksisterende teknologier som en måde at reducere CO2 -udledningen, som vindmøller, og udvikling af den næste generation af jetmotorer, såsom Rolls-Royces UltraFan-motor, hvilket vil muliggøre CO ₂ emissionsreduktioner på 25 procent inden 2025. Et godt eksempel er Dr. Chez Halls forskning om en potentiel erstatning for 737. Denne futuristiske flyarkitektur involverer et elektrisk fremdriftssystem, der er indlejret i flyskroget, giver mulighed for op til 15 procent reduktion i brændstofforbrænding.

Et centralt element i mødet med udfordringen med dekarbonisering er at fremskynde teknologiudviklingen. Også, i løbet af de sidste fem år, vores primære fokus har været selve processen - vi har spurgt "Kan vi udvikle teknologi hurtigere og billigere?" Svaret er ja - mindst 10 gange hurtigere og 10 gange billigere. Vores løsning er at flette de involverede digitale og fysiske systemer. I 2017, vi gennemførte en banebrydende prøve på en ny metode til teknologiudvikling. Et team af akademiske forskere og industrielle designere blev indlejret i Whittle og fik fire teknologier til at udvikle.

Resultaterne var forbløffende. I 2005, en lignende retssag tog Whittle to år. I 2017, de smidige testmetoder tog mindre end en uge, demonstrerer hundrede gange hurtigere teknologiudvikling.

Vi beskriver det som at "stramme cirklen" mellem design, fremstilling og test. Designtiden for nye teknologier er blevet reduceret fra omkring en måned til en eller to dage ved hjælp af udvidede og maskinlæringsbaserede designsystemer. Disse gør brug af intern flow-simuleringssoftware, der accelereres af grafikkort udviklet til computerspilindustrien.

Produktionstiderne for nye teknologier er blevet reduceret fra to eller tre måneder til to eller tre dage ved direkte at forbinde designsystemerne med rækker med interne 3D-print og hurtige bearbejdningsværktøjer, frem for at stole på eksterne leverandører. Designere kan nu prøve nye begreber i fysisk form meget hurtigt efter, at en idé er udtænkt.

Testtiderne er blevet reduceret fra omkring to måneder til et par dage ved at foretage en "værdistrømmeanalyse" af den eksperimentelle proces. Hver sekventiel operation blev analyseret, gør det muligt for os at fjerne over 95 procent af opgaverne, producerer en meget slankere proces med samling og demontering. Testresultaterne føres automatisk tilbage til det udvidede designsystem, gør det muligt at lære af både de digitale og de fysiske data.

Der er en naturlig menneskelig tidsskala på cirka en uge, hvorved du går fra idé til resultat, så har du en dydig cirkel mellem forståelse og inspiration. Vi har fundet ud af, at når teknologiudviklingens tidsplan nærmer sig den menneskelige tidsplan - som den gør i vores slankere proces - så eksploderer innovation.

New Whittle Laboratory huser National Center for Propulsion and Power, forventes at åbne i 2022 med finansiering fra Aerospace Technology Institute. Et nationalt aktiv, centret er designet til at kombinere en opskaleret version af den agile testkapacitet med den nyeste fremstillingskapacitet til at dække omkring 80 procent af Storbritanniens fremtidige aerodynamiske teknologibehov.

Nøglen til succesen for Whittle Laboratory har været dets stærke industrielle partnerskaber-med Rolls-Royce, Mitsubishi Heavy Industries og Siemens i over 50 år, og med Dyson i omkring fem år. Så en anden komponent i den nye udvikling vil være et "fremdrifts- og kraftudfordringsrum." Her, teams fra hele universitetet vil samlokalisere med industrien for at udvikle de teknologier, der er nødvendige for at dekarbonisere fremdrifts- og kraftsektoren.

Længden og dybden af ​​disse partnerskaber har så mange fordele. De har gjort det muligt at dele teknologistrategi på højeste niveau, og nye projekter vil blive skudt hurtigt i gang, uden behov for kontraktadvokater. Fælles industri-akademiske teknologioverførselsteam bevæger sig problemfrit mellem industri og akademi, sikre, at teknologier overføres med succes til produktet.

Mest vigtigt, partnerskaberne udgør en kilde til "rigtige" forskningsprojekter med stor effekt. Det er disse langsigtede industrielle partnerskaber, der har gjort Whittle til verdens mest akademisk succesrige fremdrifts- og kraftforskningslaboratorium.

Vi er i et afgørende øjeblik, hvad angår både Cambridge historie om førende teknologiudvikling inden for fremdrift og kraft, og menneskehedens behov for at frigøre disse sektorer. For bare 50 år siden, ved åbningen af ​​det originale Whittle Laboratory, forskning og industri stod over for udfordringen med at gøre masseflyrejser til virkelighed. Nu vil New Whittle Laboratory sætte os i stand til at gå forrest i at gøre det grønt.

Et modigt svar på verdens største udfordring

University of Cambridge bygger videre på sin eksisterende forskning og lancerer et ambitiøst nyt miljø- og klimaforandringsinitiativ. Cambridge Zero handler ikke kun om at udvikle grønnere teknologier. Det vil udnytte den fulde kraft af universitetets forsknings- og politiske ekspertise, udvikle løsninger, der fungerer for vores liv, vores samfund og vores biosfære.