让我们讨论现代飞机设计周期的流程，并举例说明如何使用原型制造商的服务 原型测试.
思想史类：工业设计原型
航空业原型制造商的特色图片
发布时间：2020-12-23,|润森精密
在全球最难的工程专业中，航空航天工程名列前茅。任何读过这篇文章的工程师都可能熟悉任何产品设计的正常设计周期，但航空业的复杂性要求水平带来了如此多的挑战。
现代飞机设计面临着严格的运营、环境和财务挑战。在如何设计复杂系统以及如何避免设计缺陷方面，人们已经注意到了巨大的范式转变，就像最新的波音 737 Max 一样。在本文中，将仔细讨论现代飞机设计周期的流程以及使用原型制造商的服务进行大规模测试如何挽救这种情况的示例。
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现代飞机的设计周期
每一个读过本文的设计师都可能熟悉三个基本的设计阶段：概念设计、初步设计和详细设计。然而，市场参与者之间的激烈竞争和客户的高期望意味着公司必须在设计阶段进行重大创新以满足不同的标准。让我们使用下面的图表来讨论基于生命周期成本的飞机设计周期。
如您所知，制造阶段之前的前三个阶段占总成本的95%。在前三个阶段中，第一阶段比另外两个阶段更重要，即规划和概念设计。因此，让我们专注于第一阶段的细节，然后是其他两个阶段。
规划及概念设计
首先，将进行可行性研究，以确定现有技术是否能够满足这一要求。此外，项目的路径可以通过可行性研究进行优化，即完全重新设计，这意味着最高的风险和成本，或者采用/修改现有设计。接下来，概念设计阶段开始。任何飞机设计师都非常了解 Raymer 和 Roskam 模型。正如他们所描述的，概念设计阶段包括回答以下基本问题：
会有效果吗？
它似乎是什么？
有什么要求？
如何优化交易？
如何优化重量和成本？
识别和准备一个可行的和优化的设计概念以供进一步细化是概念设计阶段的最终目标。因此，这个阶段包括各种设计概念的生产、研究和检验，所有这些都需要很少的实验结果知识和有用设计的有限数据。本段下方的图表描述了与高级阶段相比，概念阶段的不确定性范围更大。此外，这一阶段产生的生命周期成本高达65%，这意味着任何后续基础设计的改变都将意味着总收入的减少和期限的延长。
概念设计阶段的常见障碍是在设计过程开始时没有明确列出一组需求。概述市场需求并让客户清楚地了解他们的期望非常重要。不经济和低效的方法是在后期细化需求，这样的设计周期会严重影响产生的生命周期成本。就飞机设计而言，客户的要求和期望经常相互冲突。基于飞机的不同部件，如机翼、发动机、机身、起落架、尾翼和鸭翼等，多样化和复杂的飞机系统意味着多重挑战。
处理这个问题本身就是一门艺术，这就是为什么使用多属性决策 (MADM) 等技术来促进此类决策的原因。在这些技术的帮助下，隐含的考虑因素开始发挥作用，并从单点确定性决策方法转向动态和参数方法。此外，多学科分析和设计优化等技术对于满足该环境中的复杂约束集至关重要。下图概述了这种技术，它描述了不同航空学科之间的相互作用。
鉴于上述概念设计阶段的不确定性，建立的方法是基于概率论和设计方法。这些方法包括对每个设计约束使用概率密度函数 (PDF) 和累积分布函数 (CDF)。然后绘制和分析几个设计约束的数据。这些积累的数据让设计师清楚地了解设计领域，以及他或她是否需要放宽任何限制或引入任何技术来改善整个设计周期。
总之，设计者在考虑输入因素的可变性的同时，建立了输入变量和输出变量之间的关系。
初步设计
这个阶段对第一阶段完成的概念的各种设计因素的大小非常关键。这需要对飞机系统和子系统之间的跨学科相互作用进行深入研究和分析。例如，结构力学和空气动力学的结合就是气动弹性的概念。
在当今现代工程时代，可靠性、维修性、稳定性、控制性、安全性、经济性等方面的考虑都包含在初步设计阶段。现在，将在此讨论此设计阶段面临的挑战的更多细节以及应对这些挑战的最佳方法。
精确、复杂和精确的建模需要使用先进的数值算法，例如计算流体动力学和有限元分析。然而，异常高的计算成本意味着设计师面临的另一个挑战。下图以图形方式说明了选择高保真工具和使用简单模拟所涉及的权衡。
复杂和高保真工具的开发不仅意味着更高的计算成本，而且在处理多个变量（通常高达数百个）及其相互依赖性方面也面临挑战。因此，大量时间花在识别和映射仿真环境上。 （故事还没有结束！！）
如果您想了解更多，请继续阅读“飞机设计（第 2 部分）：扩展您的视野“。谢谢你！