Wir alle kennen das berühmte Zitat: „Es geht um den Piloten, nicht um das Flugzeug“ (es sei denn, man kämpft in einer Cessna-152 gegen eine F-35). Im Film „Top Gun“ wird dieser Gedanke exemplarisch veranschaulicht: Piloten verlassen sich auf ihre Fähigkeiten und Instinkte, um ihr Flugzeug bis an die Grenzen zu bringen. Doch was gibt einem Piloten das Vertrauen, dass das Flugzeug präzise auf seine Befehle reagiert, dass seine Grenzen mit kalkulierten Risiken ausgereizt werden können und dass man der Maschine sein Leben anvertrauen kann? In diesem Blog erfahren wir anhand von Beispielen aus den Top 10 der globalen Luft-und Raumfahrt und neue Raumfahrtunternehmen, die in dieser Branche vor ähnlichen Herausforderungen stehen.

Ob Formel-1-Rennwagen, olympisches Bahnrad oder Kampfflugzeug – sie alle gehören zu den Hochleistungsmaschinen, die präzise Verbesserungen sowohl beim Material als auch bei der Interaktion der Struktur mit der Betriebsumgebung erfordern. Schon kleinste Änderungen im richtigen taktischen Bereich können den größten Unterschied in den spezifischen Leistungskriterien bewirken. Doch wie findet und implementiert man diese kleinsten Änderungen?

Mein Besuch bei Farnborough Airshow Dieses Jahr war geprägt von spannenden Diskussionen mit zahlreichen Brancheninnovatoren. Dazu gehörten unter anderem Gespräche mit Herstellern von Verkehrsflugzeugen, eVTOL-Herstellern, Rüstungsherstellern und dem unterstützenden Software-Ökosystem. Besonders spannend fand ich die Kampfflugzeuge und die umfangreiche Rechenleistung, die mit ihrer Entwicklung, ihrem Betrieb und ihrer Wartung verbunden ist. Hochentwickelte Mehrzweckkampfflugzeuge wie der „Eurofighter Typhoon“ sind mit zahlreichen Bordcomputern ausgestattet, um hochentwickelte Avionik, Flugsteuerungssysteme, Sensoren und Waffen zu steuern. Damit möchte ich die Entwicklung von Kampfflugzeugen untersuchen und die neuesten KI-Technologien hervorheben sowie zeigen, wie Unternehmen wie Neu skalieren Unterstützen Sie dieses Ökosystem.

Entwicklung eines Kampfflugzeugs

Die Entwicklung eines Kampfflugzeugs ist ein komplexer und mehrstufiger Prozess, der stark auf die Optimierung der Ergebnisse durch fortschrittliche Simulationssoftware angewiesen ist. In verschiedenen Phasen der Entwicklung, des Betriebs und der Wartung eines Kampfflugzeugs wird eine Vielzahl von Simulationssoftware eingesetzt. Diese Software erfordert oft skalierbare Hochleistungsrechenleistung, um große Datenmengen und Rechenzyklen zu verarbeiten. Anwendung von AI bei der Verfeinerung von Simulationen für verschiedene Phasen des Prozesses. 

Simulationssoftware und KI-Erweiterungen

Simulationssoftware ist integraler Bestandteil des gesamten Lebenszyklus der Kampfflugzeugentwicklung. Es verbessert die Designgenauigkeit, senkt die Kosten und beschleunigt den Entwicklungsprozess, indem es umfangreiche Tests und Validierungen in einer virtuellen Umgebung ermöglicht, bevor physische Prototypen gebaut werden. Dies ist ein erheblicher Vorteil für Unternehmen, die den Sprung in die digitale Transformation ihrer High Performance Computing Bedürfnisse.

Darüber hinaus spielt Künstliche Intelligenz (KI) eine bedeutende und transformative Rolle bei der Entwicklung moderner Kampfflugzeuge. Von der ersten Konstruktion und Simulation über die Fertigung, die Einsatzfähigkeit, die Missionsplanung, die Pilotenausbildung bis hin zu Wartungsaktivitäten führt die Integration von KI zu mehr Effizienz, Präzision und Anpassungsfähigkeit und damit letztendlich zu fortschrittlicheren und leistungsfähigeren Kampfflugzeugen.

Hier finden Sie eine Übersicht über die wichtigsten Phasen, die Flugzeughersteller typischerweise durchlaufen müssen. Sie umfasst Beispiele für Simulationssoftware und die Vorteile von KI, die in die verschiedenen Phasen des Entwicklungs- und Betriebszyklus integriert sind. Außerdem finden Sie einige Hinweise dazu, wie Rescale ähnliche Arbeitslasten in der Luft- und Raumfahrtindustrie unterstützt.

Design und Entwicklung

Aerodynamische und fluiddynamische Simulation

Ingenieure verwenden CAD-Software (Computer-Aided Design), um 3D-Modelle des Flugzeugs zu erstellen. Diese Modelle enthalten detaillierte Darstellungen der Flugzeugzelle, des Triebwerks und anderer wichtiger Komponenten, die gemäß den Spezifikationen erforderlich sind. Die anfänglichen aerodynamischen Eigenschaften werden mithilfe von computergestützte Fluiddynamik (CFD) Simulationen zur Optimierung der Form hinsichtlich Leistung und Effizienz. CFD-Simulationen werden weiter verfeinert, um die Luftströmung über dem Flugzeug unter verschiedenen Flugbedingungen zu verstehen. Darüber hinaus Finite-Elemente-Analyse (FEA)-Simulationen werden verwendet, um die strukturelle Integrität und Spannungsreaktionen unter verschiedenen Belastungen und Bedingungen zu simulieren. Diese Simulationen können sehr rechen- und zeitintensiv sein und erfordern spezialisierte HPC-Infrastruktur um in angemessener Projektzeit Ergebnisse zu erzielen.

Um die aerodynamischen und strukturellen Designs weiter zu optimieren, wird KI eingesetzt, indem große Datenmengen aus Simulationen verarbeitet werden, um die effizientesten und effektivsten Designs zu finden. KI unterstützt das generative Design und erstellt mehrere Designiterationen basierend auf festgelegten Einschränkungen und Leistungszielen. Sie unterstützt auch die Entdeckung und Optimierung neuer Materialien mit verbesserten Eigenschaften für leichte und langlebige Flugzeugzellen. Durch die Analyse von Materialeigenschaften und Leistungsdaten kann KI die besten Verbundwerkstoffe oder Legierungen für bestimmte Teile vorhersagen. Solche KI-Verarbeitungslasten erfordern zudem eine spezielle HPC-Infrastruktur, die sich in vielen Fällen an den Projektanforderungen orientiert und dynamisch skaliert werden muss.

Beispiel einer Simulationssoftware: ANSYS Fließend, Siemens Simcenter STAR-CCM+, Autodesk CFD, ANSYS Mechanical, MSC Nastran, Dassault Systèmes Abaqus. Ein Beispiel für ähnliche Arbeitslasten ist die Nutzung leistungsstarker Tools durch Exosonic, die Aerodynamik simulieren und Luftströmungen analysieren, um Flugzeugdesigns für verschiedene Flugphasen zu optimieren. Vorbei sind die Zeiten teurer Windkanäle und langwieriger Experimente.

Simulation und Test – Flugdynamik und -regelung

Simulationstools werden zur Integration und Prüfung verschiedener Subsysteme eingesetzt, darunter Avionik, Flugsteuerung, Antrieb und Waffensysteme. Virtuelle Prototypen ermöglichen es Ingenieuren, die Zusammenarbeit aller Systeme ohne physische Prototypen sicherzustellen. Hochpräzise Flugsimulatoren modellieren die Leistung und das Flugverhalten des Flugzeugs. Piloten können das virtuelle Flugzeug „fliegen“, um Feedback zu seinem Verhalten zu geben. Die Simulationen umfassen verschiedene Szenarien wie Start, Landung, Kampfmanöver und Notfallsituationen. 

Darüber hinaus werden Umweltbedingungen wie extreme Temperaturen, Feuchtigkeit und Höhenflüge getestet. Cockpit-Design und Ergonomie werden mithilfe von Human-in-the-Loop-Simulationen optimiert, um sicherzustellen, dass das Layout für die Piloten intuitiv und zugänglich ist. Normalerweise digitaler Zwilling Es wird ein virtuelles Abbild des Flugzeugs erstellt, das den physischen Prototypen widerspiegelt und eine Echtzeitüberwachung und -analyse während physischer Tests ermöglicht. Echte Flugzeugkomponenten werden in die Simulationsumgebung integriert, um ihre Leistung und Interaktion mit virtuellen Modellen zu testen. Dadurch liefert die gesamte Flugzeugsimulation realistischere Ergebnisse. 

Darüber hinaus verbessert KI diese Simulationen, indem sie die Genauigkeit und Effizienz von Flug- und Systemsimulationen verbessert. KI kann komplexe Szenarien und Umgebungsbedingungen präziser modellieren und so bessere Daten für die Entscheidungsfindung liefern. KI-gestützte prädiktive Analysen helfen, potenzielle Konstruktionsfehler oder Ausfälle zu antizipieren und zu minimieren, bevor physische Prototypen gebaut werden. Automatisierte und autonome Testprozesse, unterstützt durch KI, beschleunigen die Validierungs- und Verifizierungsphasen erheblich. KI-Systeme können außerdem umfangreiche Testszenarien durchführen, die Ergebnisse analysieren und Parameter in Echtzeit anpassen, um die Leistung zu optimieren. Das ist ganz schön viel Simulationsarbeit, Puh!

Beispiel einer Simulationssoftware: MathWorks MATLAB/Simulink, Presagis STAGE. Sehen Sie, wie der optimierte Zugriff auf die CFD-Software der NASA Luft- und Raumfahrtingenieure in die Lage versetzt, Innovationen zu entwickeln, die Effizienz und Skalierbarkeit zu maximieren und so Luft- und Raumfahrtprojekte von der Konzeption bis zur Fertigstellung voranzutreiben: Beschleunigen Sie Innovationen im Luft- und Raumfahrtdesign mit den CFD-Simulationsanwendungen der NASA

Industrie

Fertigung und Montage

Es gibt eine Vielzahl von Simulationssoftware, die bei der Gestaltung und Optimierung von Fertigungsprozessen, einschließlich Montagelinien und Qualitätskontrollverfahren, hilft. Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) werden eingesetzt, um Montagemitarbeiter zu schulen und Arbeitsabläufe zu optimieren. Dabei verbessert KI Fertigungsprozesse durch vorausschauende Wartung, Qualitätskontrolle und Optimierung von Produktionslinien. 

KI-Systeme können Geräteausfälle vorhersagen und Wartungsarbeiten planen, um Ausfallzeiten zu vermeiden. Dies kann auch entscheidend für die Rettung des Pilotenlebens sein. KI-gesteuerte Roboter und Automatisierungssysteme erhöhen die Präzision und Effizienz bei der Montage von Flugzeugkomponenten und sorgen so für höhere Qualität und Konsistenz. KI optimiert das Supply Chain Management, indem sie die Nachfrage vorhersagt, den Lagerbestand verwaltet und effiziente Logistiklösungen identifiziert. So wird sichergestellt, dass Teile bei Bedarf verfügbar sind, was Verzögerungen und Kosten reduziert. Wie Sie sehen, findet in der Fertigungsphase ein hoher Automatisierungsgrad statt, der auch eine Vielzahl von HPC- und KI-Infrastruktur.

Beispiel einer Simulationssoftware: Dassault Systèmes DELMIA, Siemens Tecnomatix, Autodesk Fusion 360

Entdecken Sie, wie KI/ML für F&E Entdeckungen wie das überkritische Tragflächendesign drastisch beschleunigen kann [Lesezeit ca. 8 Minuten]: Wie künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen Jahrzehnte der Luft- und Raumfahrttechnik auf nur wenige Stunden verkürzen können 

Betriebsfähigkeiten – Systemintegration und Avionik

Bei der Betrachtung der Einsatzfähigkeiten von Flugzeugen werden umfassende Missionssimulationen durchgeführt, um die Leistung des Flugzeugs in realistischen Kampfszenarien, einschließlich Operationen mit mehreren Flugzeugen, zu bewerten. Diese Simulationen bewerten nicht nur die Fähigkeiten des Flugzeugs, sondern auch Taktik, Strategien und die Effektivität der Pilotenausbildung. Die Rolle der KI ist hier noch interessanter. KI verbessert Avioniksysteme, indem sie Piloten Datenanalysen in Echtzeit und Entscheidungshilfen bietet. KI kann Flugrouten, Treibstoffverbrauch und andere kritische Parameter verwalten und optimieren. KI-basierte Flugsteuerungssysteme verbessern die Stabilität und das Handling von Flugzeugen, insbesondere unter schwierigen Bedingungen. KI ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung autonomer und unbemannter Kampfflugzeuge (UCAVs), da sie es diesen ermöglicht, komplexe Missionen mit minimalem menschlichen Eingriff durchzuführen. KI unterstützt bemannte und unbemannte Teams, bei denen KI-gesteuerte Drohnen bemannte Kampfflugzeuge unterstützen und ihnen zusätzliche Fähigkeiten und Situationsbewusstsein verleihen. Das sind viele kritische Entscheidungsfaktoren, die durch den Einsatz von KI zur Unterstützung der Piloten unterstützt werden.

Beispiel einer Simulationssoftware: Ansys SCADE, Siemens Teamcenter, IBM Engineering Systems Design Rhapsody und ähnliche Suiten.

Missionsplanung und Betriebssimulation

Jetzt kommt der spannende Teil, eine echte Missionsübung!

Daten aus tatsächlichen Flugtests und dem operativen Einsatz fließen in die Simulationsmodelle ein, um die Genauigkeit zu verbessern und zukünftige Upgrades zu ermöglichen. Laufende Simulationen unterstützen die Entwicklung von Software-Updates, Systemverbesserungen und neuen Funktionen. KI wird stark eingesetzt, da sie riesige Datenmengen von Sensoren, Radar und anderen Quellen in Echtzeit verarbeitet und analysiert und Piloten und der Bodenkontrolle verwertbare Erkenntnisse liefert. KI-Systeme können potenzielle Bedrohungen vorhersagen und identifizieren, Missionsrouten optimieren und taktische Manöver auf Basis von Echtzeitdaten vorschlagen. Darüber hinaus verbessert KI die Fähigkeiten zur elektronischen Kriegsführung, indem sie sich schnell an feindliche Signale anpasst und Gegenmaßnahmen einleitet. KI-gesteuerte Verteidigungssysteme automatisieren die Bedrohungserkennung und -reaktion und erhöhen so die Überlebensfähigkeit des Flugzeugs. Diese Simulationen bieten Piloten Praxiserfahrung und werden oft auf Hollywood-Leinwände projiziert. (Top Gun-Fans, irgendjemand?)

Beispiel einer Simulationssoftware: Lockheed Martin Prepar3D, Boeing JMPS (Joint Mission Planning System) und Simlat sind einige beliebte Suiten

Sehen Sie sich an, wie Ingenieure mithilfe von Cloud-Infrastruktur und KI-Methoden in kurzer Zeit ein Produkt entwickeln und diese Details dann an eine physische Fertigungsmaschine im Weltraum senden können, um das Produkt für den Missionserfolg herzustellen: Vom Konzept zum Kosmos: Die Rolle von Rescale bei der Weiterentwicklung der Weltraumtechnologie 

Pilotentraining und Simulation

Neben der Missionsübung werden auch Software und Simulationstools in großem Umfang für die Pilotenausbildung eingesetzt. KI ermöglicht moderne Flugsimulatoren, die realistische Trainingsumgebungen bieten, sich an das Können des Piloten anpassen und personalisierte Trainingsszenarien ermöglichen. KI-basierte virtuelle Ausbilder bewerten die Leistung des Piloten und geben Echtzeit-Feedback, was die Trainingseffektivität erhöht. KI ermöglicht detaillierte Simulationen von Missionsübungen, bei denen Piloten komplexe Missionen vor dem eigentlichen Einsatz in einer virtuellen Umgebung üben können. KI kann verschiedene feindliche Taktiken und Szenarien simulieren und Piloten so auf unterschiedliche Situationen vorbereiten.

Beispiel einer Simulationssoftware: Prepar3D und Quantum3D von Lockheed Martin

Wartung und Support

Immer noch dabei? Wir sind im Endanflug, lasst uns diesen Blog richtig landen! 

Wartungs- und Supportaktivitäten sind für den Lebenszyklus von Kampfflugzeugen von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass ihre defensiven oder offensiven Fähigkeiten wirksam bleiben. Die Rolle der KI in dieser Phase besteht darin, anhand von Daten von Flugzeugsensoren und historischen Wartungsaufzeichnungen vorherzusagen, wann Wartungsarbeiten erforderlich sind. Dies reduziert Ausfallzeiten und Wartungskosten und stellt gleichzeitig die Einsatzbereitschaft des Flugzeugs sicher. KI-gesteuerte Diagnosetools können Probleme schnell identifizieren und beheben und so den Wartungsprozess optimieren. Regelmäßige Wartung, Aktualisierung und Support erfordern häufig den Zugriff auf spezialisierte HPC-Software einer bestimmten Generation mit den zugrunde liegenden Betriebssystem-/Softwarekomponenten, um Designs überarbeiten die möglicherweise unterstützt werden müssen. Plattformen, die schnellen und effizienten Zugriff auf eine breite Palette von Software-Tools und Versionen auf der Punkt eines Klicks, kann in diesen Szenarien besonders nützlich sein, da es den Wartungsprozess rationalisiert. 

Beispiel einer Simulationssoftware: MathWorks MATLAB, IBM Watson

Entdecken Sie den Rescale-Leitfaden zur digitalen Transformation für die Luft- und Raumfahrtindustrie: Luft- und Raumfahrtindustrie – Best Practices-Leitfaden zur Neuskalierung 

Zusammenfassung

Der Lebenszyklus eines Kampfflugzeugs ist äußerst komplex und sicherheitsorientiert. Die Nutzung von High-Performance Computing (HPC) und KI zur Optimierung aller Phasen – von Design und Entwicklung bis hin zu Missionsplanung und Wartung – ist ein umfassender Ansatz, der die Entwicklung fortschrittlicher, effizienter und leistungsfähiger Kampfflugzeuge gewährleistet. Plattformen wie Rescale einen erheblichen Wert in der Luft- und Raumfahrtindustrie nachweisen. 

Mit seinen Wurzeln in der Luft- und Raumfahrtindustrie hat sich Rescale zu einem weltweit führenden Anbieter von „HPC in der Cloud“-Lösungen für die Luft- und Raumfahrt, die Verteidigung und neue Technologien entwickelt. Rescale stellt Ingenieuren und Wissenschaftlern, die mit der Entwicklung dieser fliegenden Wunderwerke beauftragt sind, Rechenleistung direkt zur Verfügung und bietet eine umfassende Auswahl von über 1200 HPC- und KI-Simulationssoftware für die verschiedenen Phasen im Lebenszyklus der Flugzeugentwicklung. Darüber hinaus stellt Rescale sicher, dass die Anforderungen an die Rechenleistung mit hoher Sicherheit erfüllt werden, indem zertifizierte ITAR-Rechenzentrumsumgebungen für solche HPC- und KI-Workloads über seine vielfältigen Cloud-Computing-Infrastruktur | Neu skalieren die an die erforderlichen regionalen und Compliance-Vorschriften angepasst werden können.

Mit einer beeindruckenden Erfolgsbilanz verwenden 9 der 10 weltweit führenden Luft- und Raumfahrtunternehmen Rescale, und auch 8 der 20 führenden „New Space Companies“, die neue Grenzen in der Luft- und Raumfahrt erkunden, nutzen die Rescale-Plattform. 

Nächstes Mal werden wir uns auf Themen wie Triebwerksdesigns in der Luft- und Raumfahrt konzentrieren, die wir in diesem Blog nicht behandeln konnten.