Sat Oct 19 2019

10 19

CAD als digitaal potlood

10/11/2014

Door Liam van Koert

Het heeft de PAL-V het afgelopen jaar niet aan media-aandacht ontbroken. Maar wat gaat er schuil achter de lang gekoesterde jongensdroom van de ‘vliegende auto’? Een interview met Chris Klok over wat zijn constructeurshart sneller doet kloppen en waarom het met de PAL-V wel lukte de droom te verwezenlijken.


     

“De PAL-V is geen vliegende auto”, benadrukt Chris Klok. De vormgever en systeemintegrator van het gelijknamige bedrijf vindt het een belangrijk punt om duidelijk te maken. “ Wanneer je een auto wilt laten vliegen zal hij misschien goede rijeigenschappen hebben, maar een beroerd vliegtuig zijn. Andersom geldt hetzelfde. En in de meeste gevallen komt het voertuig helemaal niet van de grond.” Het is volgens Klok geen toeval dat er pas twee levensvatbare prototypen bestaan die zowel op de weg als in de lucht goed presteren: de Terrafugia en de PAL-V. De droom bestaat al decennia, maar de ontwikkeling van een compleet nieuw type voertuig is wat uiteindelijk leidde tot succes. In het geval van de PAL-V werd de oplossing gevonden in een tiltende driewieler met gyrocoptertechnologie. Niet alleen doet de PAL-V daardoor op de weg niet onder voor een sportieve wagen – de 200 pk die nodig zijn voor de vlucht komen hier goed van pas. Maar maakt het ook mogelijk om veilig te leren vliegen; en dat in een uurtje of 40.

Slimme koppen
Hoewel PAL-V vooral de aandacht trok toen het een klein jaar geleden voor het eerst het luchtruim koos, bestaat het  bedrijf inmiddels vijf jaar. Althans, toen waren de investeerders overstag en was het broodnodige team van slimme koppen compleet. “In april 2008 betrokken we dit pand in Raamsdonksveer en gingen we van start”, roept Klok in herinnering. “Toch duurde het nog 4 jaar voordat we de PAL-V in actie aan het grote publiek konden tonen. Het combineren van rijden en vliegen is geen eenvoudige opgave en in de ontwikkeling van sommige onderdelen zijn letterlijk vele maanden tijd gaan zitten. En hoewel we konden rekenen op de hulp van enkele zeer capabele toeleveranciers, moesten er vele wielen worden uitgevonden.” 
Met dit in het achterhoofd heeft PAL-V een multidisciplinair team samengesteld waarin zowel mechanica, aerodinamica en mechatronica sterk vertegenwoordigd zijn en waarvoor ook over de grenzen is gezocht . Klok zelf heeft een achtergrond in industrieel ontwerpen. Volgend op een baan in de automotive (Renault) en het werken aan motorfietsen in Spanje (Derbi), werd ook hij aan het team toegevoegd. Naast vormgevend en ergonomisch geweten is hij tevens verantwoordelijk voor de systeemintegratie. De werktuigbouwkundige ervaring die hij bij voorgaande werkgevers opdeed, blijkt hierbij goed van pas te komen. En dat geldt zeker voor de eigenzinnige kijk op ontwerpen die hij hier ontwikkelde.

CAD als ambachtelijk potlood
“Ik maak net zo lief een mooie potloodtekening als een strakke rendering om een concept te presenteren.” Volgens Klok is een potloodtekening minstens net zo effectief om een idee over te brengen en je laat meteen zien dat het om een concept in plaats van een al bestaand product gaat. En het is niet de enige vergelijking die hij met dit ambachtelijke, maar krachtige gereedschap maakt. Ook CAD hoort wat hem betreft tot dezelfde categorie, zij het dat digitaal natuurlijk zijn voordelen heeft. “Natuurlijk hebben we hier dankbaar gebruik gemaakt van CAD software. Sterker nog, zonder was PAL-V nooit van de grond gekomen. Maar je moet het wel in de juiste context plaatsen. Want al is het digitale potlood nog zo geavanceerd, als je niet kunt tekenen dan wordt het nooit wat. Wat dat betreft geloof ik niet zo in de hele digital prototyping filosofie en ‘first time right’. Als je nieuwe paden betreedt, zoals bij de ontwikkeling van de PAL-V, dan moet je ook een gevoel ontwikkelen bij wat je doet. Out of the box denken gaat nu eenmaal gepaard aan fouten maken. Het is een iteratief proces.”  Om zijn statement kracht bij te zetten verwijst Klok naar de ontwikkeling van de 2CV. Een traject dat meer dan 47 prototypes kende, langzaam groeiend naar de eend die we nu kennen. De 'Eend' blinkt uit door eenvoud en is nog steeds een erg leuke auto om in te rijden. De 2CV toont hoe geweldig techniek in zijn eenvoud kan zijn. Want geef toe, het  direct voelen van de weerstand wanneer je een knopje indrukt en daardoor druk opbouwt om bijvoorbeeld de ruitenwissersproeier rechtstreeks te laten werken is toch veel mooier dan wanneer deze functie verstopt is achter elektrische circuits en software.”

Geen constraints
Dat Klok geen fan is van beperkingen is inmiddels duidelijk. Hij is daarom erg blij met SolidWorks als ‘digitaal potlood’. “We gebruiken Solidworks al sinds 2009 en worden elk jaar netjes geüpgrade. Veel van de partijen waar me mee samenwerken gebruiken deze software ook. Dat maak uitwisseling eenvoudig. Maar vooral het feit dat het je niet beperkt in je manier van werken is voor ons belangrijk. Als er een constraint niet klopt, dan maakt de software er melding van, maar laat hij je gewoon doorwerken. Zo wordt het creatieve proces niet gehinderd door digitale details.” In het geval van PAL-V is dit laatste extra belangrijk om hun de manier van werken op zijn zachtst gezegd origineel te noemen is. Klok: “Elke samenstelling beginnen we met de contour van de body. Bovendien zijn hierin allerlei zones aangegeven die betrekking hebben op de bewegende onderdelen. Deze zones worden aangestuurd vanuit een design table. Ook maken we geen geen gebruik van mates. Alles hangt dus in feite los aan elkaar maar krijgt de juiste positie en oriëntatie middels een lokaal coördinatenstelsel. Deze methode, die ik samen met een collega in Spanje heb ontwikkeld heeft als grote voordeel dat je altijd weet hoe het onderdeel waaraan je werkt zich tot het geheel verhoudt. Ook zie je in een oogopslag waar de onderdelen zich mogen bevinden om interferenties te voorkomen. Zo blijft de ‘gyrocopterview’ behouden en kan je snel verschillende varianten en mogelijkheden testen zonder je druk te hoeven maken over de constraints. Want met alle verschillende toestanden die volgen uit de PAL-V in vlucht- en rij-modus en alle stappen ertussenin, zou je met de ‘constraints’-methode veel te gemakkelijk de fout in gaan.” PAL-V gebruikt naast de CAD-omgeving ook Solidworks Simulation voor de eindige elementen analyse. Aan dit rijtje zal binnenkort CFD worden toegevoegd. Daarnaast wordt alles netjes met de hand berekend.  “Het is met simulatiesoftware gemakkelijk je in de kleurtjes te verliezen. Wij kiezen daarom ook hier voor de combinatie digitaal met ambachtelijk handwerk. Je weet zo beter waar je mee bezig bent en hebt direct een controlemechanisme. We hebben als stelregel dat een afwijking tussen handberekende en gesimuleerde uitkomsten nooit meer dan tien procent mag bedragen “, aldus Klok.

Uitdagingen in het ontwerp
Natuurlijk zijn er wel de nodige fysische beperkingen waar Klok en zijn team rekening mee moeten houden. In beginsel is de vorm functioneel. Zo moeten de luchtinlaten erg groot zijn voor voldoende koeling voor de zeer compact gebouwde motor. Het zelfde geldt voor zaken als de lengte van de wieken, die in werkelijkheid toch wel wat langer zijn geworden dan de eerste artistieke plaatjes. “Natuurlijk willen we een oogstrelend eindproduct. Maar er is schoonheid in functionaliteit. Deze kan voortvloeien uit veiligheid, efficiency en prestatie of ergonomie. Al deze dingen samenbrengen is soms een behoorlijke uitdaging. Voor wat betreft de gyrocopter vorm is deze eigenlijk een direct gevolg van de beoogde veiligheid. Bij een gyrocopter kan namelijk de motor uitvallen, maar door de neus iets naar beneden te richten, blijft de rotor draaien en kan je gewoon netjes landen. Vervolgens was het wel een puzzel om het inklapmechanisme van de staart en de rotor goed voor elkaar te krijgen. Je hebt  bepaalde lengtes nodig voor voldoende lift en stabiliteit in de lucht, maar eenmaal op de weg mag er niets uitsteken. Een tweede uitdaging was het optimaliseren van het zwaartepunt. In de lucht moet dit ongeveer op dezelfde lijn als de propeller liggen. Ligt het zwaartepunt namelijk lager, dan zal de neus in vlucht omlaag duiken op het moment dat er gas gegeven wordt, een probleem dat nogal eens bij watervliegtuigjes wil optreden tijdens het landen. Op de weg echter wil je het zwaartepunt zo laag mogelijk hebben. Onze oplossing is om PAL-V net als een Carver in de bochten te laten meehangen. Het grote verschil is wel dat bij ons het onderstel ook ‘meehangt’.” 
Ook wat betreft de ergonomie zijn er uitdagingen. Zo is het bouwen in carbon een voor de hand liggende keuze voor gewichtsbesparing. Maar toch zal menig gebruiker op zoek zijn naar een metallic ‘look and feel’. Lakken is natuurlijk een optie, maar betekent ook meer gewicht. In de cockpit is het niet veel anders. De uitdaging hier is een goede integratie van vlucht- en autobedieningslementen. En tot slot is er natuurlijk de dubbele wetgeving. Er moet aan alle regeltjes worden voldaan, zowel op de weg als in de lucht. Wat dat betreft is Nederland volgens Klok een perfecte basis. “De Nederlandse eisen behoren tot de strengste ter wereld. Dus als PAL-V hier mag vliegen en rijden, dan mag dat bijna overal.”

Toekomst
Tot slot een kleine toelichting over het vervolgtraject en enkele toepassingen. Want wie denkt dat we over een paar jaar allemaal met een PAL-V naar het werk gaan, heeft een verkeerd beeld voor ogen. Klok: ”De PAL-V gaat tussen de 250.000 en de 300.000 euro kosten en de operationele kosten zullen niet gering zijn. Hij is dus niet echt geschikt voor het grote publiek. Daarnaast heb je nog steeds een start- en landingsbaan nodig en die heeft ook niet iedereen in zijn achtertuin. Toch blijven er genoeg kandidaten over. En er is dan ook veel interesse. Natuurlijk zijn er de welbedeelde verzamelaars die er een voor de ‘fun’ zullen willen hebben. Maar ook de overheid ziet het potentieel voor politie en hulpdiensten. Daarnaast zal PAL-V ook een economisch vervoersalternatief kunnen bieden in specifieke gebieden. Denk bijvoorbeeld aan Noorwegen waar het rijden langs de fjorden wel mooi is, maar je al snel honderden kilometers omrijdt om aan de andere kant te komen. Hetzelfde geldt natuurlijk voor andere grote waterplassen of bergen.” Gevraagd wanneer we de eerste PAL-V op straat of in de lucht kunnen tegenkomen besluit Klok: “ In principe zou je PAL-V nu al kunnen tegenkomen. Al weer een jaar geleden voerden we de eerste succesvolle testvlucht uit. Nu is het vooral een kwestie van vlieg- en rijuren maken en bijschaven. We hebben de PAL-V daartoe vol met sensoren gehangen en proberen hem nog aerodynamischer en lichter te maken. Maar naar verwachting zal het eerste exemplaar in 2015 worden geleverd.”


In vogelvlucht

  • In de lucht is PAL V een gyrocopter. Dit voertuig, dat ook wel autogiro wordt genoemd, heeft in tegenstelling tot een helikopter een motorloze rotor. De lift wordt verkregen uit de voorwaartse snelheid door een propeller aan de achterzijde. Een gyrocopter kan dan ook niet verticaal opstijgen of landen.
  • Op de weg is Pal-V  een langwerpige driewieler. Hij kantelt, maar niet zoals een Carver maar zoals de BMW "simple concept"
  • Het motorvermogen is 200 pk
  • Brandstof is Euro 95
  • De actieradius in de lucht is tussen de 350 en 500 kilometer
  • Op de weg heeft de PAL-V een bereik van circa 1200 kilometer
  • De maximale snelheid is zowel op de weg als in de lucht circa 180 km/h. Deze snelheid is begrensd en in theorie zou 250 km/h haalbaar moeten zijn
  • Lengte van startbaan: 165 m. Landen is mogelijk in 30 meter
  • Verwachte prijs is tussen de 250-300.000 euro.
  • De PAL-V komt naar verwachting in 2015 op de markt