Discutamos el flujo del ciclo de diseño de aeronaves modernas y demos un ejemplo de cómo usar los servicios de un fabricante de prototipos para prueba de prototipo.
Categoría historia del pensamiento: prototipo de diseño industrial
Imágenes destacadas de fabricantes de prototipos para la industria de la aviación
Fecha de lanzamiento: 23 de diciembre de 2020,| Precisión Runsom
Entre las carreras de ingeniería más difíciles del mundo, la ingeniería aeroespacial y de aviación se encuentran entre las mejores. Cualquier ingeniero que haya leído este artículo puede estar familiarizado con el ciclo de diseño normal referido a cualquier diseño de producto, pero con tantos desafíos causados por el nivel de complejidad requerido por la industria de la aviación.
El diseño de aeronaves modernas enfrenta estrictos desafíos operativos, ambientales y financieros. En términos de cómo diseñar sistemas complejos y cómo evitar fallas de diseño, la gente ha notado un gran cambio de paradigma, al igual que el último Boeing 737 Max. En este documento, se discutirá cuidadosamente el flujo del ciclo de diseño de aeronaves modernas y ejemplos de cómo las pruebas a gran escala utilizando los servicios de un fabricante de prototipos pueden salvar la situación.
Explore más detalles sobre los prototipos de diseño industrial aquí.
El ciclo de diseño de los aviones modernos.
Todo diseñador que lea este artículo puede estar familiarizado con las tres etapas básicas del diseño: diseño conceptual, diseño preliminar y diseño detallado. Sin embargo, la feroz competencia entre los participantes del mercado y las altas expectativas de los clientes significan que las empresas deben realizar innovaciones significativas en la fase de diseño para cumplir con diferentes estándares. Usemos el cuadro a continuación para analizar el ciclo de diseño de aeronaves en función del costo del ciclo de vida.
Como saben, las primeras tres etapas antes de la etapa de fabricación representan 95% del costo total. Durante las primeras tres etapas, la primera etapa es más importante que las otras dos, a saber, la planificación y el diseño conceptual. Así que concentrémonos en los detalles de la primera etapa y luego en las otras dos etapas.
Planificación y diseño conceptual
En primer lugar, se llevará a cabo un estudio de viabilidad para asegurarse de que la tecnología existente pueda cumplir con este requisito. Además, el camino del proyecto puede optimizarse mediante el estudio de factibilidad, es decir, un rediseño completo, lo que significa el mayor riesgo y costo, o la adopción/modificación de un diseño existente. A continuación, comienza la fase de diseño conceptual. Cualquier diseñador de aviones conoce muy bien los modelos Raymer y Roskam. Como describieron, la fase de diseño conceptual incluye responder las siguientes preguntas básicas:
¿Será efectivo?
¿Qué parece ser?
¿Cuáles son las solicitudes?
¿Cómo optimizar la transacción?
¿Cómo optimizar peso y coste?
Identificar y preparar un concepto de diseño factible y óptimo para un mayor refinamiento es el objetivo final de la etapa de diseño conceptual. Por lo tanto, esta etapa incluye la producción, investigación e inspección de varios conceptos de diseño, todos los cuales requieren poco conocimiento de los resultados experimentales y datos limitados sobre el diseño útil. El gráfico debajo de este párrafo describe el mayor rango de incertidumbre en la fase de concepto en comparación con la fase avanzada. Además, el costo del ciclo de vida incurrido en esta etapa es tan alto como 65%, lo que significa que cualquier cambio posterior al diseño básico significará una reducción en los ingresos totales y una extensión del plazo.
El obstáculo común en la etapa de diseño conceptual es que un conjunto de requisitos no se enumera claramente cuando se inicia el proceso de diseño. Es muy importante delinear las necesidades del mercado y dejar que los clientes conozcan claramente sus expectativas. Los métodos antieconómicos e ineficientes están refinando los requisitos en una etapa posterior, y dicho ciclo de diseño puede afectar seriamente los costos del ciclo de vida generados. En lo que respecta al diseño de aeronaves, los requisitos y expectativas de los clientes a menudo entran en conflicto entre sí. Basado en los diferentes componentes de la aeronave, como alas, motores, fuselaje, tren de aterrizaje, cola y canards, etc., un sistema de aeronave diverso y complejo significa múltiples desafíos.
Es un arte lidiar con este problema en sí mismo, por lo que se utilizan técnicas como la toma de decisiones de atributos múltiples (MADM) para facilitar este tipo de toma de decisiones. Con la ayuda de estas técnicas, las consideraciones implícitas comienzan a desempeñar un papel y pasan de métodos deterministas de punto único de toma de decisiones a métodos dinámicos y paramétricos. Además, técnicas como el análisis multidisciplinario y la optimización del diseño son esenciales para satisfacer el complejo conjunto de restricciones en este entorno. El siguiente diagrama describe esta técnica, que describe la interacción entre las diferentes disciplinas de la aviación.
En vista de la incertidumbre antes mencionada en la etapa de diseño conceptual, el método establecido se basa en la teoría de probabilidades y métodos de diseño. Estos métodos incluyen el uso de funciones de densidad de probabilidad (PDF) y funciones de distribución acumulativa (CDF) para cada restricción de diseño. Luego dibuje y analice los datos de varias restricciones de diseño. Estos datos acumulados permiten al diseñador comprender claramente el área de diseño y si necesita relajar las restricciones o introducir alguna tecnología para mejorar el ciclo de diseño en su conjunto.
En una palabra, el diseñador ha establecido una relación entre las variables de entrada y salida considerando la variabilidad de los factores de entrada.
Diseño inicial
Esta etapa es muy crítica para el tamaño de los diversos factores de diseño del concepto completado en la primera etapa. Esto requiere una investigación y un análisis profundos de las interacciones interdisciplinarias entre los sistemas y subsistemas de las aeronaves. Por ejemplo, una combinación de mecánica estructural y aerodinámica es el concepto de aeroelasticidad.
En la era de la ingeniería moderna actual, las consideraciones tales como confiabilidad, mantenibilidad, estabilidad, control, seguridad y economía se incluyen en la etapa de diseño preliminar. Ahora, se discutirán aquí más detalles sobre los desafíos que se enfrentan en esta fase de diseño y la mejor manera de enfrentarlos.
El modelado preciso, complejo y preciso requiere el uso de algoritmos numéricos avanzados, como la dinámica de fluidos computacional y el análisis de elementos finitos. Sin embargo, el costo computacional inusualmente alto significa otro desafío para los diseñadores. La siguiente figura ilustra gráficamente las compensaciones involucradas en la elección de herramientas de alta fidelidad y el uso de simulaciones simples.
El desarrollo de herramientas complejas y de alta fidelidad no solo significa mayores costos computacionales, sino también desafíos al tratar con múltiples variables (generalmente hasta cientos) y su interdependencia. Por lo tanto, se dedica mucho tiempo a identificar y mapear el entorno de simulación. (¡¡La historia no ha terminado!!)
Si quieres saber más, por favor continúa leyendo “Diseño de Aeronaves (Parte 2): Expandiendo sus horizontes“. ¡gracias!