現代の航空機設計サイクルの流れを説明し、プロトタイプ メーカーのサービスをどのように使用するかの例を挙げましょう。 試作品のテスト.
思想史部門：工業デザインの試作品
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リリース時間: 2020 年 12 月 23 日 |ランサムプレシジョン
世界で最も難しい工学専攻の中で、航空宇宙と航空工学は最高のものです。この記事を読んだ技術者は、製品設計に関連する通常の設計サイクルを知っているかもしれませんが、航空業界の複雑な要件のレベルによって引き起こされる非常に困難な作業です。
現代の航空機設計は、運用上、環境上、および財政上の厳しい課題に直面しています。複雑なシステムを設計する方法と設計上の欠陥を回避する方法に関して、最新のボーイング 737 Max のように、人々は大きなパラダイム シフトに気付きました。この論文では、現代の航空機設計サイクルの流れと、プロトタイプ製造業者のサービスを使用した大規模なテストがどのように状況を救うことができるかの例を慎重に説明します.
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現代の航空機の設計サイクル
このホワイト ペーパーを読むすべての設計者は、3 つの基本設計段階 (概念設計、予備設計、および詳細設計) に精通している可能性があります。しかし、市場参加者間の激しい競争と高い顧客の期待は、企業がさまざまな基準を満たすために設計段階で重要な革新を行わなければならないことを意味します。以下のチャートを使用して、ライフサイクルコストに基づく航空機の設計サイクルについて説明しましょう。
ご存知のように、製造段階の前の最初の 3 つの段階で、総コストの 95% を占めています。最初の 3 つの段階のうち、最初の段階は他の 2 つ、つまり計画と概念設計よりも重要です。それでは、最初の段階の詳細に集中してから、残りの 2 つの段階に進みましょう。
企画・構想設計
まず第一に、既存の技術がこの要件を満たすことができるかどうかを確認するために、実現可能性調査が行われます。さらに、プロジェクトのパスは、実現可能性調査、つまりリスクとコストが最も高い完全な再設計、または既存の設計の採用/変更によって最適化できます。次に、概念設計フェーズが始まります。航空機設計者なら誰でも Raymer と Roskam のモデルをよく知っています。彼らが説明したように、概念設計フェーズには、次の基本的な質問への回答が含まれます。
効果はありますか？
それは何のようですか？
リクエストは何ですか？
トランザクションを最適化するには？
重量とコストを最適化するには？
実現可能で最適な設計コンセプトを特定し、さらに改良するために準備することが、概念設計段階の最終目標です。したがって、この段階には、さまざまな設計コンセプトの作成、研究、検査が含まれます。これらのすべてで、実験結果に関する知識はほとんど必要なく、有用な設計に関する限られたデータしか必要としません。この段落の下の図は、進行段階と比較して、構想段階の不確実性の範囲が大きいことを示しています。さらに、この段階で発生するライフ サイクル コストは 65% にものぼります。つまり、その後の基本設計の変更は、総収益の減少と期限の延長を意味します。
概念設計段階でよくある障害は、設計プロセスの開始時に一連の要件が明確にリストされていないことです。市場のニーズを概説し、顧客の期待を明確に伝えることは非常に重要です。非経済的で非効率的な方法は、後の段階で要件を精緻化するものであり、そのような設計サイクルは生成されるライフ サイクル コストに深刻な影響を与える可能性があります。航空機の設計に関する限り、顧客の要件と期待はしばしば相反します。翼、エンジン、胴体、着陸装置、尾翼、前尾翼など、航空機のさまざまなコンポーネントに基づいて、多様で複雑な航空機システムは複数の課題を意味します。
この問題自体に対処するのは芸術です。そのため、この種の意思決定を容易にするために、複数属性意思決定 (MADM) などの手法が使用されます。これらの手法の助けを借りて、暗黙の考慮事項が役割を果たし始め、意思決定の単一点決定論的方法から動的およびパラメトリック方法に移行します。さらに、この環境で複雑な一連の制約を満たすには、学際的な分析や設計の最適化などの手法が不可欠です。以下の図は、この手法の概要を示しており、異なる航空分野間の相互作用を説明しています。
前述の概念設計段階の不確実性を考慮して、確立された方法は確率論と設計方法に基づいています。これらの方法には、各設計制約に対する確率密度関数 (PDF) および累積分布関数 (CDF) の使用が含まれます。次に、いくつかの設計制約のデータを描画して分析します。これらの蓄積されたデータにより、設計者は設計領域を明確に理解し、設計サイクル全体を改善するために制限を緩和したり、技術を導入したりする必要があるかどうかを理解できます。
つまり、設計者は、入力要因の変動性を考慮しながら、入力変数と出力変数の間の関係を確立しました。
初期設計
この段階は、最初の段階で完成したコンセプトのさまざまな設計要因のサイズにとって非常に重要です。これには、航空機システムとサブシステム間の学際的な相互作用の詳細な調査と分析が必要です。たとえば、構造力学と空気力学を組み合わせたものが空気弾性の概念です。
今日の現代工学時代では、信頼性、保守性、安定性、制御、安全性、経済性などの考慮事項が予備設計段階に含まれています。ここでは、この設計段階で直面する課題と、それらに対処する最善の方法について詳しく説明します。
精密で複雑かつ正確なモデリングには、数値流体力学や有限要素解析などの高度な数値アルゴリズムを使用する必要があります。ただし、異常に高い計算コストは、設計者にとって別の課題を意味します。下の図は、忠実度の高いツールを選択し、単純なシミュレーションを使用する際のトレードオフをグラフで示しています。
複雑で忠実度の高いツールの開発は、計算コストが高くなることを意味するだけでなく、複数の変数 (通常は最大で数百) とそれらの相互依存性を処理する際の課題も意味します。したがって、シミュレーション環境の特定とマッピングに多くの時間が費やされます。 (物語は終わらない!!)
詳しく知りたい方は続きをお読みください」航空機設計 (パート 2): 視野を広げる」。ありがとう！