En este artículo estamos a punto de discutir sobre el flujo del ciclo de diseño de una aeronave moderna y utilizar un ejemplo de cómo utilizar los servicios de un fabricante de prototipos para la prueba de prototipo.
La mayoría de los científicos de ingeniería contemporáneos consideran que un exceso de uso de energía computacional en esta etapa es inútil y una pérdida de tiempo. Es mucho más eficiente contar con técnicas aproximadas involucradas, lo que también podría ayudar a disminuir el tiempo requerido para las ejecuciones de modelado paramétrico. Dichas técnicas incluyen el modelado de orden reducido que ayuda a reducir la complejidad matemática del sistema y, al mismo tiempo, garantiza que la física de las ecuaciones diferenciales gobernantes mantenga su integridad.
Después de la implementación del análisis inicial, comienza a tener efecto un procedimiento iterativo donde los resultados ordenan cambios para la optimización en el diseño. Este procedimiento se considera el vínculo entre la fase de diseño Conceptual y Preliminar.
Echemos un vistazo detallado a cómo funciona el famoso modelo de Howe para el proceso de síntesis de proyectos a través de un resumen.
Se considera como una extensión del análisis de factibilidad, pero con mayor detalle y complejidad involucrados.
En la primera etapa de este proceso es seleccionar una o más configuraciones.
La segunda etapa es el Régimen de Vuelo y la selección del Motor.
En esta fase dos, para un conjunto dado de condiciones de operación, es decir, número de Mach, etc. Y turbohélice, turboventilador, turboventilador de derivación baja, pistón-prop, turborreactor, estatorreactor, etc., se seleccionan para ser los tipos de Powerplant.
La tercera etapa se considera la selección del diseño del fuselaje. Los detalles de la carga útil a menudo se consideran el factor impulsor detrás de la escena en esta etapa, porque esto tendría una mejor primera predicción sobre la masa de la aeronave.
Luego viene el siguiente con Wing Configuration. Este es un procedimiento complejo para el laboratorio de aerodinámica, ya que se refiere una gran cantidad de parámetros. Esta es una fase esencial durante el proceso de diseño preliminar. Toma gran parte en el examen de la masa de un avión y una estimación inicial de sustentación, arrastre. Mientras tanto, ayuda a lograr cálculos de estimación de carga alar después de que finaliza el análisis sucesivo. Las ecuaciones teóricas ajustadas de acuerdo con los datos empíricos para varias condiciones de vuelo son a lo que se podrían aplicar las estimaciones de carga alar. También ayuda a implementar una estimación aproximada del empuje al peso.
Por último, la fase de análisis paramétrico comienza a desempeñar su papel. Las dimensiones del ala y el fuselaje se combinan en la primera etapa para producir una serie de resultados para cada fase de vuelo y dieron como resultado la formación de un espacio de diseño.
Para la segunda etapa del análisis paramétrico, se seleccionarán conjuntos apropiados de relaciones de carga alar y empuje a peso. En esta etapa, comprende los conjuntos de datos seleccionados para calcular la masa total de la aeronave. Los conjuntos que proporcionan los valores de masa óptimos se utilizan para crear un diseño de referencia que se utilizará para un análisis y evaluación en profundidad más adelante.
Después de que se evalúe el diseño del árbitro, ya que a cambio proporciona más detalles:
Tamaños aproximados para superficies de control.
Mayor estimación de los valores de sustentación, arrastre y masa.
Asistencia para completar el diseño del tren de aterrizaje.
Cálculos modificados para características de rendimiento basados en
Datos de entrada ajustados y métodos de estimación complejos.
La repetición del procedimiento se lleva a cabo hasta que se cumplen los criterios de convergencia de masas.
Al final de la fase de diseño del árbitro, se implementan estudios de diseño de sensibilidad para reconocer áreas de diseño críticas mediante el uso de técnicas gráficas o matemáticas. Además, otros actos que incluyen el diseño de sistemas hidráulicos, de extinción de incendios, de protección contra hielo, eléctricos y neumáticos se están llevando a cabo de forma sincrónica.
Luego llegamos a la parte más intrigante, es decir, la fase de diseño detallado. Una vez que el diseño está completamente definido, los modelos a escala para la prueba se solicitan a un fabricante de prototipos, los dibujos finales basados en el diseño para el ensamblaje y el diseño para la fabricación se presentan con geometrías reales, tolerancias, topologías, dimensiones y especificaciones de materiales.
Diseño detallado
En esta etapa, el enfoque principal es obtener la verificación de los procedimientos de diseño que se describen en las fases anteriores, que también es la fase más extensa de todo el proceso de diseño. Permite centrarse en el diseño final, la creación de prototipos y las pruebas de cada pieza. El uso de paquetes de Diseño Asistido por Computadora y Manufactura Asistida por Computadora están involucrados en esta fase, con el fin de apoyar los actos de diseño basados en los datos adquiridos en la fase de diseño preliminar.
El rendimiento, los costos de tiempo, los costos de fabricación y las deficiencias operativas son los cuatro factores clave a considerar. Para obtener un resultado integrado, se involucran dos tipos de procedimientos de prueba, que son las pruebas en tierra y las pruebas en vuelo. A continuación se muestran las referencias más detalladas de los dos tipos.
Pruebas de tierra:Comprende pruebas de túnel de viento para sustentar los resultados de los paquetes CFD, pruebas estructurales, evaluación aeroelectrónica y verificación del sistema. Para reducir los costos innecesarios y la pérdida de tiempo, la creación de prototipos de piezas a escala desempeña un papel importante en las pruebas iniciales. De acuerdo con las especificaciones de materiales requeridas por su parte, un proveedor de servicios de creación de prototipos elegible utilizará la experiencia adecuada para fabricar la estructura. Mientras tanto, se aplica un prototipo profesional para ser más preciso al analizar la rigidez, el aleteo, la fuerza y la estabilidad elástica, etc. Hay cuatro pruebas clave que se llevarán a cabo: carga estática, carga dinámica, análisis modal vibratorio y análisis de aleteo. La precisión requerida para la evaluación sintética entre el diseño esbozado y los resultados experimentales también puede ser proporcionada por las técnicas de impresión 3D de estereolitografía cuando se aplican a piezas de aeronaves a escala.
Pruebas en vuelo: Las agencias certificadas, que se conocen como autoridades de aeronavegabilidad, están involucradas para verificar el rendimiento real de la aeronave y las características de vuelo. De acuerdo con los Estándares de Aeronavegabilidad de las Regulaciones Federales de Aviación, evaluarán el diseño de una aeronave en función de los requisitos de diseño y seguridad preestablecidos. El siguiente cuadro describe exhaustivamente todos los estándares de aeronavegabilidad y cada uno de sus usos.
Prestemos mucha atención a FAR Parte 23 entre todos los estándares descritos anteriormente. La Parte 23 es aplicable para vehículos utilitarios, normales y acrobáticos con una capacidad de menos de 12 500 libras y 9 pasajeros o menos en peso máximo de despegue (MTOW).
Para aviones de categoría de transporte comercial, es decir, Airbus A320 o Boeing 737, FAR Parte 25 dicta varios requisitos estándar. FAR Parte 25 incluye subpartes que son A, B, C, D, E y F, todas dictan estándares para varios sistemas y subsistemas para un avión de transporte comercial. Además, para los giroaviones, que comúnmente se conocen como helicópteros, las FAR Part 27 y 29 dictan los estándares para la categoría normal y de transporte en consecuencia. En esta fase, después de haber obtenido las certificaciones de aeronavegabilidad, el ciclo de diseño prácticamente termina con 95% del costo del ciclo de vida incurrido. Luego sigue la etapa de fabricación a gran escala.
Por complejo que pueda parecer una revisión tan profunda del ciclo de diseño de una aeronave. Todavía tener el ciclo de diseño en un avión bien logrado es abordable.
En el campo de la aviación, prestar el servicio del fabricante de prototipos correcto es de gran importancia porque la precisión de los prototipos es lo más importante, especialmente en la era en la que hay mucho en juego en términos de tiempo y costo. Dar paso a paso, profundizar en el pensamiento crítico y tomar decisiones maduras será un plus en el ciclo de diseño de aeronave.