機体設計:ホライゾンズ・エクスパンション(後編)

ジャック・ライ CNC加工のエキスパート

専門とする CNCフライス, CNC旋, 3Dプリント, ウレタンキャスト、 と 板金加工 サービス。


この記事では、最新の航空機設計サイクルの流れについて説明し、プロトタイプ メーカーのサービスを使用する方法の例を使用します。 試作品のテスト.

この段階での過剰な計算能力の使用は、ほとんどの現代の工学科学者によって役に立たず、時間の浪費であると見なされています。近似手法を使用するとはるかに効率的であり、パラメトリック モデリングの実行に必要な時間を短縮するのにも役立ちます。このような手法には、システムの数学的複雑さを軽減するのに役立つ低次元モデリングが含まれ、その間、支配的な微分方程式の物理学がその完全性を維持することが保証されます。

初期解析の実装後、設計の最適化のために結果コマンドが変更される場所で、反復手順が有効になり始めます。この手順は、概念設計フェーズと予備設計フェーズの間の結合と見なされます。

Project Synthesis Process の有名な Howe モデルがどのように機能するかをまとめて詳しく見てみましょう。

これは実現可能性分析の延長と見なされますが、より詳細で複雑なものが含まれます。
このプロセスの最初の段階では、1 つまたは複数の構成を選択します。
第 2 段階は、飛行体制と動力装置の選択です。

このフェーズ 2 では、特定の一連の動作条件、つまりマッハ数などに対して、そして、ターボプロップ、ターボファン、ローバイパスターボファン、ピストンプロップ、ターボジェット、ラムジェットなどをパワープラントの種類として選択します。

第 3 段階は、機体レイアウトの選択と見なされます。ペイロードの詳細は、この段階で舞台裏の推進要因と見なされることがよくあります。これは、航空機の質量に関する最初の予測がより適切になるためです。

次に、Wing Configuration について説明します。膨大な数のパラメーターが参照されるため、これは空気力学ラボにとって複雑な手順です。これは、予備設計プロセスの重要な段階です。航空機の質量を調べたり、揚力、抗力の初期推定を行う際に大きな役割を果たします。一方、一連の解析が終了した後、翼荷重の推定計算を達成するのに役立ちます。さまざまな飛行条件の経験的データに従って調整された理論式は、翼荷重の推定に適用できるものです。また、推力と重量の大まかな見積もりを実装するのにも役立ちます。

最後に、パラメトリック分析フェーズがその役割を果たし始めます。翼と胴体の寸法は、最初の段階で結合され、飛行フェーズごとに一連の結果が生成され、設計空間が形成されます。

パラメトリック解析の第 2 段階では、適切な翼荷重と推力対重量比のセットを選択する必要があります。この段階では、航空機の全体的な質量を計算するために選択されたデータ セットが含まれます。最適な質量値を提供するセットは、後で詳細な分析と評価に使用するレフリー デザインを作成するために使用されます。

審判のデザインが評価された後、見返りに詳細が提供されます:

コントロール サーフェスのおおよそのサイズ。
揚力、抗力、および質量の値のより正確な推定。
着陸装置のレイアウトを完了するための支援。
に基づくパフォーマンス特性の修正計算
調整された入力データと複雑な推定方法。
手順の繰り返しは、質量収束基準が満たされるまで実行されます。

レフリー設計段階の最後に、重要な設計領域を認識するために、グラフィカルまたは数学的手法を使用して感度設計スタディが実装されます。さらに、油圧、消火、防氷、電気、および空気圧システムの設計を含む他の行為が同時に行われています。

次に、最も興味深い部分である詳細設計フェーズに進みました。設計が完全に定義された後、テスト用の縮尺モデルが試作品製造業者に注文され、組立設計と製造設計に基づく最終図面が、実際の形状、公差、トポロジー、寸法、および材料仕様とともにレイアウトされます。

細かい所までいきわたったデザイン

この段階では、前のフェーズで概説した設計手順の検証が主な焦点であり、設計プロセス全体の中で最も広範なフェーズでもあります。各パーツの最終的な設計、試作、テストに集中できます。予備設計段階から取得したデータに基づく設計行為をサポートするために、コンピュータ支援設計およびコンピュータ支援製造パッケージの使用がこの段階に含まれます。

パフォーマンス、時間コスト、製造コスト、および運用上の欠陥は、考慮すべき 4 つの重要な要素です。統合された結果を得るために、地上試験と飛行中試験の 2 種類の試験手順が必要です。以下は、2 つのタイプの詳細なリファレンスです。

地上試験:これは、CFD パッケージの結果を維持するための風洞試験、構造試験、空力評価、およびシステム チェックで構成されます。不必要なコストと無駄な時間を削減するために、スケーリングされたパーツのプロトタイピングは、初期テストで適切な役割を果たします。お客様から要求された材料仕様に従って、適格なプロトタイピング サービス プロバイダーが適切な専門知識を使用して構造を作成します。一方、剛性、フラッター、強度、弾性安定性などをより正確に分析するために、プロのプロトタイプが適用されます。実行される主要なテストは、静的荷重、動的荷重、振動モーダル解析、フラッター解析の 4 つです。概説された設計と実験結果との間の合成評価に必要な精度は、スケーリングされた航空機部品に適用する場合、ステレオリソグラフィ 3D 印刷技術によっても提供できます。

飛行中のテスト: 耐空性当局として知られる認定機関は、実際の航空機の性能と飛行特性を検証するために関与しています。連邦航空規則の耐空性基準に従って、事前設定された設計と安全要件に基づいて航空機の設計を評価します。次の図は、すべての耐空基準とそれぞれの用途を包括的に概説しています。

上記のすべての規格の中で、FAR Part 23 に注目してみましょう。パート 23 は、積載量が 12,500 ポンド未満で最大離陸重量 (MTOW) が 9 人以下のユーティリティ、ノーマル、およびアクロバットに適用されます。

エアバス A320 やボーイング 737 などの商用輸送カテゴリの航空機については、FAR Part 25 でいくつかの標準要件が規定されています。 FAR Part 25 には、A、B、C、D、E、および F のサブパートが含まれており、すべてが商用輸送機のさまざまなシステムおよびサブシステムの基準を規定しています。さらに、一般にヘリコプターとして知られている回転翼航空機については、FAR Part 27 および 29 が通常および輸送カテゴリの基準を規定しています。耐空証明が達成された後のこの段階では、設計サイクルは実質的に 95% のライフサイクル コストで終了します。その後、大規模な製造の段階が続きます。

航空機の設計サイクルを詳細に検討すると、複雑に見えるかもしれません。航空機の設計サイクルを十分に達成することは、親しみやすいものです。

航空分野では、適切なプロトタイプ メーカーのサービスを提供することは、プロトタイプの精度にとって非常に重要です。特に、時間とコストの面でリスクが高すぎる時代にあります。一歩一歩、批判的思考を掘り下げ、成熟した意思決定を行うことは、 航空機.