Давайте обсудим ход цикла проектирования современного самолета и приведем пример того, как воспользоваться услугами производителя прототипа для тестирование прототипа.
Категория истории мысли: прототип промышленного дизайна
Характерные изображения производителей прототипов для авиационной промышленности
Время выхода: 23 декабря 2020 г. | Точность Рансома
Среди самых сложных инженерных специальностей в мире аэрокосмическая и авиационная инженерия являются одними из лучших. Любой инженер, прочитавший эту статью, может быть знаком с обычным циклом проектирования, относящимся к проектированию любого продукта, но с таким большим количеством сложностей, вызванных уровнем сложности требований авиационной промышленности.
Современное авиастроение сталкивается со строгими эксплуатационными, экологическими и финансовыми проблемами. Что касается того, как проектировать сложные системы и как избежать конструктивных недостатков, люди заметили огромный сдвиг парадигмы, как это произошло с последним Boeing 737 Max. В данной статье будут тщательно обсуждаться ход цикла проектирования современных самолетов и примеры того, как крупномасштабные испытания с использованием услуг производителя прототипа могут спасти ситуацию.
Более подробную информацию о прототипах промышленного дизайна можно найти здесь.
Цикл проектирования современных самолетов
Каждый дизайнер, читающий эту статью, может быть знаком с тремя основными этапами проектирования: концептуальным проектированием, эскизным проектом и детальным проектированием. Однако жесткая конкуренция среди участников рынка и высокие ожидания клиентов означают, что компаниям приходится вносить существенные инновации на этапе проектирования, чтобы соответствовать различным стандартам. Давайте воспользуемся приведенной ниже диаграммой, чтобы обсудить цикл проектирования самолета на основе стоимости жизненного цикла.
Как известно, первые три этапа до этапа изготовления составляют 951ТП3Т от общей стоимости. В течение первых трех этапов первый этап более важен, чем два других, а именно планирование и концептуальное проектирование. Итак, давайте сосредоточимся на деталях первого этапа, а затем двух других этапов.
Планирование и концептуальный проект
Прежде всего, будет проведено технико-экономическое обоснование, чтобы убедиться, что существующая технология может удовлетворить этому требованию. Кроме того, путь проекта может быть оптимизирован с помощью технико-экономического обоснования, а именно: полная перепроектирование, что означает самый высокий риск и стоимость, или принятие/модификация существующего проекта. Далее начинается этап концептуального проектирования. Любой авиаконструктор прекрасно знает модели Raymer и Roskam. По их описанию, этап концептуального проектирования включает в себя ответы на следующие основные вопросы:
Будет ли это эффективно?
Что это такое?
Какие запросы?
Как оптимизировать сделку?
Как оптимизировать вес и стоимость?
Определить и подготовить осуществимую и оптимальную концепцию проекта для дальнейшей доработки является конечной целью этапа концептуального проектирования. Таким образом, этот этап включает в себя производство, исследование и проверку различных концепций конструкции, каждая из которых требует небольшого знания результатов экспериментов и ограниченных данных о полезной конструкции. На диаграмме под этим абзацем показан больший диапазон неопределенности на этапе разработки концепции по сравнению с продвинутым этапом. Кроме того, стоимость жизненного цикла, понесенная на этом этапе, достигает 65%, а это означает, что любые последующие изменения в базовой конструкции будут означать сокращение общего дохода и продление сроков.
Распространенным препятствием на этапе концептуального проектирования является отсутствие четкого списка требований в начале процесса проектирования. Очень важно обозначить потребности рынка и четко сообщить клиентам их ожидания. Неэкономичные и неэффективные методы приводят к уточнению требований на более позднем этапе, и такой цикл проектирования может серьезно повлиять на затраты жизненного цикла. Что касается конструкции самолета, требования и ожидания клиентов часто противоречат друг другу. Разнообразная и сложная авиационная система, основанная на различных компонентах самолета, таких как крылья, двигатели, фюзеляж, шасси, хвостовое оперение и т. д., означает множество проблем.
Решение этой проблемы само по себе является искусством, поэтому для облегчения принятия решений такого типа используются такие методы, как принятие решений по множественным атрибутам (MADM). С помощью этих методов подразумеваемые соображения начинают играть роль и переходят от одноточечных детерминированных методов принятия решений к динамическим и параметрическим методам. Кроме того, такие методы, как междисциплинарный анализ и оптимизация проектирования, необходимы для удовлетворения сложного набора ограничений в этой среде. На диаграмме ниже показан этот метод, описывающий взаимодействие между различными авиационными дисциплинами.
Ввиду вышеупомянутой неопределенности на этапе концептуального проектирования установленный метод основан на теории вероятностей и методах проектирования. Эти методы включали использование функций плотности вероятности (PDF) и кумулятивных функций распределения (CDF) для каждого ограничения проектирования. Затем нарисуйте и проанализируйте данные нескольких конструктивных ограничений. Эти накопленные данные позволяют проектировщику четко понять область проектирования и понять, нужно ли ему или ей ослабить какие-либо ограничения или внедрить какую-либо технологию для улучшения цикла проектирования в целом.
Одним словом, проектировщик установил взаимосвязь между входными и выходными переменными, принимая во внимание изменчивость входных факторов.
Первоначальный дизайн
Этот этап очень важен для размера различных факторов проектирования концепции, реализованной на первом этапе. Это требует углубленного исследования и анализа междисциплинарных взаимодействий между авиационными системами и подсистемами. Например, сочетание строительной механики и аэродинамики представляет собой понятие аэроупругости.
В современную инженерную эпоху такие соображения, как надежность, ремонтопригодность, стабильность, управляемость, безопасность и экономичность, включены в стадию предварительного проектирования. Теперь более подробно о проблемах, с которыми приходится сталкиваться на этом этапе проектирования, и о том, как лучше всего их решить, мы обсудим здесь.
Точное, сложное и точное моделирование требует использования передовых численных алгоритмов, таких как вычислительная гидродинамика и анализ методом конечных элементов. Однако необычно высокие вычислительные затраты ставят перед дизайнерами еще одну проблему. На рисунке ниже графически показаны компромиссы, связанные с выбором высокоточных инструментов и использованием простого моделирования.
Разработка сложных и высокоточных инструментов означает не только более высокие вычислительные затраты, но и проблемы, связанные с множеством переменных (обычно до сотен) и их взаимозависимостью. Поэтому много времени тратится на идентификацию и картографирование среды моделирования. (История не окончена!!)
Если вы хотите узнать больше, пожалуйста, продолжайте читать «Проектирование самолетов (часть 2): расширяя свой кругозор«. Спасибо!