В этой статье мы собираемся обсудить ход цикла проектирования современного самолета и привести пример того, как воспользоваться услугами производителя прототипа для тестирование прототипа.
Большинство современных ученых-инженеров считают чрезмерное использование вычислительной мощности на этом этапе бесполезным и пустой тратой времени. Гораздо эффективнее использовать аппроксимированные методы, что также может помочь сократить время, необходимое для выполнения параметрического моделирования. Такие методы включают моделирование пониженного порядка, которое помогает уменьшить математическую сложность системы и в то же время гарантирует, что физика основных дифференциальных уравнений сохраняет свою целостность.
После проведения первоначального анализа начинает действовать итеративная процедура, в ходе которой результаты изменяются для оптимизации конструкции. Эта процедура считается связующим звеном между этапами концептуального и предварительного проектирования.
Давайте подробно рассмотрим, как работает знаменитая модель Хоу для процесса синтеза проекта, подведя итоги.
Он рассматривается как расширение технико-экономического обоснования, но с большей детализацией и сложностью.
На первом этапе этого процесса заключается в выборе одной или нескольких конфигураций.
Второй этап – режим полета и выбор силовой установки.
На втором этапе для заданного набора условий эксплуатации, т. е. числа Маха и т. д. В качестве типов силовой установки выбраны турбовинтовой, турбовентиляторный, турбовентиляторный двигатель с малой двухконтурностью, поршневой винтовой двигатель, турбореактивный двигатель, прямоточный воздушно-реактивный двигатель и т. д.
Третьим этапом считается выбор компоновки фюзеляжа. Детали полезной нагрузки на этом этапе часто считаются решающим фактором, поскольку это позволит лучше спрогнозировать массу самолета на первом этапе.
Далее идет конфигурация крыла. Это сложная процедура для лаборатории аэродинамики, поскольку учитывается огромное количество параметров. Это важный этап предварительного проектирования. Он принимает большое участие в определении массы самолета и первоначальной оценке подъемной силы и сопротивления. Между тем, это помогает выполнить расчеты оценки нагрузки на крыло после завершения последовательного анализа. Для оценки нагрузки на крыло можно применить теоретические уравнения, настроенные в соответствии с эмпирическими данными для различных условий полета. Это также помогает выполнить приблизительную оценку соотношения тяги к весу.
Наконец, свою роль начинает играть этап параметрического анализа. На первом этапе размеры крыла и фюзеляжа объединяются для получения ряда результатов для каждого этапа полета и формирования расчетного пространства.
Для второго этапа параметрического анализа необходимо выбрать правильные наборы соотношений нагрузки на крыло и тяги к массе. На этом этапе он включает выбранные наборы данных для расчета общей массы самолета. Наборы, обеспечивающие оптимальные значения массы, используются для создания эталонного дизайна, который впоследствии будет использоваться для углубленного анализа и оценки.
После того, как судья оценивает дизайн, он в свою очередь предоставляет более подробную информацию:
Приблизительные размеры рулей.
Более подробная оценка значений подъемной силы, сопротивления и массы.
Помощь в составлении компоновки шасси.
Модифицированные расчеты ТТХ на основе
Скорректированные входные данные и сложные методы оценки.
Повторение процедуры осуществляется до тех пор, пока не будут выполнены критерии массовой сходимости.
В конце этапа экспертного проектирования проводятся исследования чувствительности, чтобы выявить критические области проектирования с использованием графических или математических методов. Кроме того, синхронно выполняются и другие работы, в том числе проектирование гидравлических систем, систем пожаротушения, ледозащиты, электрических и пневматических систем.
Затем мы подошли к самой интригующей части – этапу детального проектирования. После того, как конструкция полностью определена, у производителя прототипа заказываются масштабные модели для испытаний, а окончательные чертежи на основе проекта сборки и дизайна производства составляются с фактической геометрией, допусками, топологией, размерами и спецификациями материалов.
Детальный дизайн
На этом этапе основное внимание уделяется проверке процедур проектирования, описанных на предыдущих этапах, что также является наиболее обширным этапом всего процесса проектирования. Это позволяет сосредоточиться на окончательном проектировании, прототипировании и тестировании каждой детали. На этом этапе используются пакеты автоматизированного проектирования и автоматизированного производства для поддержки проектирования на основе данных, полученных на этапе предварительного проектирования.
Производительность, временные затраты, производственные затраты и эксплуатационные недостатки — вот четыре ключевых фактора, которые следует учитывать. Чтобы получить комплексный результат, используются два типа процедур тестирования: наземные испытания и летные испытания. Ниже приведены более подробные ссылки на два типа.
Наземные испытания:Он включает в себя испытания в аэродинамической трубе для подтверждения результатов пакетов CFD, структурные испытания, оценку аэроэлектроники и проверку системы. Чтобы сократить ненужные затраты и время, потраченное впустую, на начальном этапе тестирования хорошо сыграет роль прототипирование масштабированных деталей. В соответствии с требуемыми спецификациями материалов с вашей стороны, подходящий поставщик услуг по прототипированию будет использовать достаточный опыт для создания конструкции. Между тем, для более точного анализа жесткости, флаттера, прочности, упругой устойчивости и т. д. применяется профессиональный прототип. Необходимо провести четыре ключевых испытания: статическую нагрузку, динамическую нагрузку, вибрационный модальный анализ и анализ флаттера. Требуемую точность синтетической оценки между намеченным проектом и экспериментальными результатами также можно обеспечить с помощью методов стереолитографии 3D-печати при нанесении на масштабированные детали самолетов.
Летные испытания: Сертифицированные агентства, известные как органы летной годности, участвуют в проверке фактических характеристик и летных характеристик самолета. В соответствии с Федеральными авиационными правилами и стандартами летной годности они будут оценивать конструкцию самолета на основе заданных требований к конструкции и безопасности. В следующей таблице подробно описаны все стандарты летной годности и каждое их использование.
Среди всех стандартов, изложенных выше, обратим пристальное внимание на FAR Part 23. Часть 23 применима к служебным, нормальным и акробатическим самолетам с грузоподъемностью менее 12 500 фунтов и 9 или менее пассажирами при максимальной взлетной массе (MTOW).
Для самолетов коммерческой транспортной категории, например, Airbus A320 или Boeing 737, часть 25 FAR устанавливает несколько стандартных требований. Часть 25 FAR включает в себя подразделы A, B, C, D, E и F, которые определяют стандарты для различных систем и подсистем коммерческого транспортного самолета. Более того, для винтокрылых летательных аппаратов, которые обычно называются вертолетами, части 27 и 29 FAR устанавливают стандарты для нормальной и транспортной категорий соответственно. На этом этапе после получения сертификатов летной годности цикл проектирования практически завершается с понесенными затратами жизненного цикла 95%. Затем следует этап крупномасштабного производства.
Каким бы сложным это ни казалось при таком глубоком анализе цикла проектирования самолета. Тем не менее, достижимый цикл проектирования самолета вполне достижим.
В области авиации предоставление услуг подходящего производителя прототипов имеет большое значение, поскольку точность прототипов имеет решающее значение, особенно в эпоху, когда ставки слишком высоки с точки зрения времени и затрат. Шаг за шагом, изучение критического мышления и принятие зрелых решений будут плюсом в цикле проектирования. самолет.