Discutons du déroulement du cycle de conception d'un avion moderne et donnons un exemple de la manière d'utiliser les services d'un constructeur de prototypes pour essais de prototypes.
Catégorie Histoire de la pensée : prototype de design industriel
Présentez des images de fabricants de prototypes pour l'industrie aéronautique
Heure de sortie : 23 décembre 2020 | Précision Runsom
Parmi les majeures en ingénierie les plus difficiles au monde, l'ingénierie aérospatiale et aéronautique est parmi les meilleures. Tout ingénieur qui a lu cet article peut être familiarisé avec le cycle de conception normal référé à toute conception de produit, mais tellement difficile en raison du niveau d'exigence de complexité de l'industrie aéronautique.
La conception des avions modernes est confrontée à des défis opérationnels, environnementaux et financiers stricts. En ce qui concerne la conception de systèmes complexes et la manière d'éviter les défauts de conception, les gens ont remarqué un énorme changement de paradigme, tout comme le dernier Boeing 737 Max. Dans cet article, le flux du cycle de conception d'avions modernes et des exemples de la façon dont des tests à grande échelle utilisant les services d'un fabricant de prototypes peuvent sauver la situation seront soigneusement discutés.
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Le cycle de conception des avions modernes
Chaque concepteur qui lit cet article peut être familiarisé avec les trois étapes de base de la conception : la conception conceptuelle, la conception préliminaire et la conception détaillée. Cependant, la concurrence féroce entre les acteurs du marché et les attentes élevées des clients obligent les entreprises à innover de manière significative dans la phase de conception pour répondre aux différentes normes. Utilisons le tableau ci-dessous pour discuter du cycle de conception de l'avion en fonction du coût du cycle de vie.
Comme vous le savez, les trois premières étapes avant la fabrication représentent 95% du coût total. Au cours des trois premières étapes, la première étape est plus importante que les deux autres, à savoir la planification et la conception conceptuelle. Concentrons-nous donc sur les détails de la première étape, puis sur les deux autres étapes.
Planification et conception conceptuelle
Tout d'abord, une étude de faisabilité sera menée pour s'assurer que la technologie existante peut répondre à cette exigence. De plus, le cheminement du projet peut être optimisé par l'étude de faisabilité, à savoir une refonte complète, ce qui signifie le risque et le coût les plus élevés, ou l'adoption/modification d'une conception existante. Ensuite, la phase de conception conceptuelle commence. Tout concepteur d'avion connaît très bien les modèles Raymer et Roskam. Comme ils l'ont décrit, la phase de conception conceptuelle comprend la réponse aux questions de base suivantes :
Sera-t-il efficace ?
Qu'est-ce que cela semble être?
Quelles sont les demandes ?
Comment optimiser la transaction ?
Comment optimiser poids et coût ?
L'objectif final de l'étape de conception conceptuelle est d'identifier et de préparer un concept de conception réalisable et optimal pour un raffinement ultérieur. Par conséquent, cette étape comprend la production, la recherche et l'inspection de divers concepts de conception, qui nécessitent tous peu de connaissances sur les résultats expérimentaux et des données limitées sur la conception utile. Le tableau sous ce paragraphe décrit la plus grande plage d'incertitude dans la phase de conception par rapport à la phase avancée. De plus, le coût du cycle de vie encouru à ce stade est aussi élevé que 65%, ce qui signifie que toute modification ultérieure de la conception de base entraînera une réduction des revenus totaux et une prolongation du délai.
L'obstacle commun à l'étape de conception conceptuelle est qu'un ensemble d'exigences n'est pas clairement répertorié lorsque le processus de conception est lancé. Il est très important de définir les besoins du marché et de faire clairement connaître aux clients leurs attentes. Des méthodes non économiques et inefficaces affinent les exigences à un stade ultérieur, et un tel cycle de conception peut sérieusement affecter les coûts du cycle de vie générés. En ce qui concerne la conception des avions, les exigences et les attentes des clients sont souvent en conflit les unes avec les autres. Basé sur les différents composants de l'avion, tels que les ailes, les moteurs, le fuselage, le train d'atterrissage, la queue et les canards, etc., un système d'avion diversifié et complexe implique de multiples défis.
C'est un art de traiter ce problème lui-même, c'est pourquoi des techniques telles que la prise de décision à attributs multiples (MADM) sont utilisées pour faciliter ce type de prise de décision. Avec l'aide de ces techniques, les considérations implicites commencent à jouer un rôle et passent des méthodes de prise de décision déterministes à point unique aux méthodes dynamiques et paramétriques. De plus, des techniques telles que l'analyse multidisciplinaire et l'optimisation de la conception sont essentielles pour satisfaire l'ensemble complexe de contraintes dans cet environnement. Le diagramme ci-dessous décrit cette technique, qui décrit l'interaction entre les différentes disciplines de l'aviation.
Compte tenu de l'incertitude susmentionnée dans la phase de conception conceptuelle, la méthode établie est basée sur la théorie des probabilités et les méthodes de conception. Ces méthodes incluaient l'utilisation de fonctions de densité de probabilité (PDF) et de fonctions de distribution cumulative (CDF) pour chaque contrainte de conception. Ensuite, dessinez et analysez les données de plusieurs contraintes de conception. Ces données accumulées permettent au concepteur de comprendre clairement la zone de conception et s'il doit assouplir des restrictions ou introduire une technologie pour améliorer le cycle de conception dans son ensemble.
En un mot, le concepteur a établi une relation entre les variables d'entrée et de sortie tout en tenant compte de la variabilité des facteurs d'entrée.
Conception initiale
Cette étape est très critique pour la taille des différents facteurs de conception du concept réalisé dans la première étape. Cela nécessite une recherche et une analyse approfondies des interactions interdisciplinaires entre les systèmes et sous-systèmes d'aéronefs. Par exemple, une combinaison de mécanique structurelle et d'aérodynamique est le concept d'aéroélasticité.
À l'ère de l'ingénierie moderne d'aujourd'hui, les considérations telles que la fiabilité, la maintenabilité, la stabilité, le contrôle, la sécurité et l'économie sont incluses dans la phase de conception préliminaire. Maintenant, plus de détails sur les défis rencontrés dans cette phase de conception et la meilleure façon de les gérer seront discutés ici.
Une modélisation précise, complexe et précise nécessite l'utilisation d'algorithmes numériques avancés, tels que la dynamique des fluides computationnelle et l'analyse par éléments finis. Cependant, le coût de calcul inhabituellement élevé représente un autre défi pour les concepteurs. La figure ci-dessous illustre graphiquement les compromis impliqués dans le choix d'outils haute fidélité et l'utilisation de simulations simples.
Le développement d'outils complexes et de haute fidélité signifie non seulement des coûts de calcul plus élevés, mais aussi des défis dans le traitement de plusieurs variables (généralement jusqu'à des centaines) et de leur interdépendance. Par conséquent, beaucoup de temps est consacré à l'identification et à la cartographie de l'environnement de simulation. (L'histoire n'est pas finie !!)
Si vous voulez en savoir plus, continuez à lire "Conception d'avions (Partie 2) : Élargir vos horizons“. Merci!