4. Основные тенденции в развитии конструкций агрегатов современных самолетов и вертолетов

Эволюция развития основных параметров и характеристик самолетов сопровождалась постоянным усложнением не только конструкции и общей компоновки планера и силовой установки, но и всех его систем.

Самолеты выпуска 90–х годов ХХ века существенно сложнее самолетов ана­логичного назначения 70–х и в особенности 50–х годов. Соответственно возросли и трудоемкость их изготовления, и время, затрачиваемое на их создание. Практикой доказано, что время, необходимое для исследований в аэродинамических трубах, затраты человеческого труда и нужный объем вычислений для создания перспек­тивных самолетов возрастают по экспоненциальному закону. Продолжительность разработки самолета (до первого полета опытного образца) составляет в среднем три–пять лет, а при разработке принципиально новых самолетов, которые не имеют прототипов (ХВ –70, "Concorde", "Харриер"), это время увеличивается почти вдвое, достигая 8–10 лет. Время до первого полета серийного образца составляет от трех до восьми лет, а в ряде случаев – еще больше ("Мираж" F–1, "Харриер" – 8 – 10 лет, "Concorde" – 14 лет).

Вследствие увеличения ресурсов человеческого труда и машинного времени, необходимого для разработки конструкции, постоянно возрастает количество спе­циалистов, которые принимают участие в создании самолетов. По зарубежным данным, трудозатраты в человеко–часах (чел·час) на разработку 1 кг массы конструкции самолета возросли с 4–5 чел·час/кг в начале 50–х годов ХХ века до 30–40 чел·час/кг в настоящее время.

Все это вызывает увеличение затрат на создание самолетов. Тенденция к изменению стоимости разработки и цены одного самолета за последние 50 лет показана на рис.1.6.

Рис. 1.6. Изменение стоимости разработки и цены одного самолета с годами:

– стоимость разработки самолета; – – – – – – – – цена одного самолета

Планируемые и соответствующие действительности величины стоимости и времени проектирования и изготовления, как правило, существенно различаются. Это объясняется ограниченными возможностями человека обрабатывать огромные потоки информации, принимать решения в условиях большой неопределенности, вызванной невозможностью достаточно глубокой проработки всех вопросов, связанных с проектированием и изготовлением самолета на различных этапах его разработки.

Привлечение к разработке современного самолета большого количества людей, специализирующихся в более узких областях знаний, превращает организацию их целенаправленной деятельности в сложную проблему.

При современных ускоренных темпах научно–технического прогресса динамика процесса проектирования является одной из важнейших его характеристик и всестороннее сокращение сроков проектирования становится одним из главных требований. Действительно, при увеличении сроков проектирования новизна и оригинальность решений, используемых в проекте, теряются. Еще не реали­зованный проект может морально устареть и утратить смысл.

Чтобы обеспечить успех программы создания современного самолета в условиях ограниченных ресурсов и времени разработки, нужна более высокая степень точности прогнозирования характеристик самолета во время его проектирования. Это одна из трудно решаемых задач разработки широких и сложных авиационных программ.

Сегодня уже наметились пути преодоления отмеченных выше сложных проб­лем. Одним из путей повышения точности прогнозирования и, как следствие, сниже­ния риска через принятие необоснованных решений, является более широкое про­ведение научно–исследовательских и опытно–конструкторских работ по перспектив­ным направлениям авиастроения. Цель таких работ – создание научно–технического задела. По зарубежным данным для создания конкурентоспособного самолета, что­бы он не устарел к началу его эксплуатации, необходимо использовать при его раз­работке от 50 до 150 новых технических решений. При этом важно, чтобы не менее 2/3 из них были отработаны и проверены уже к началу проектирования. В этих усло­виях также возрастает роль моделирования, полунатурных и натурных эксперимен­тов на наиболее ранних этапах разработки проекта. Например, можно подвергнуть испытанию новый двигатель или любую другую систему самолета, установив их на серийный самолет или летающую лабораторию. Это тем более важно, что циклы создания отдельных подсистем самолета, например планера и двигателя, значительно различаются.

Другой путь связан с разработкой фундаментальных методов анализа и при­нятия решений на базе математических моделей, которые адекватно отображают характер и закономерности исследуемых объектов и процессов. Реализация этого направления в значительной мере связана с дальнейшим развитием теории проектирование самолетов, а также с использованием ЭВМ в их проектировании.

В настоящее время в целях сокращения времени и стоимости разработки проекта с одновременным повышением качества проектирования необходимо широко использовать ЭВМ и способы машинной графики при решении всех задач проектирования, не связанных с проявлением неповторимых человеческих качеств (интуиция, представление, исследовательские способности).

Известно, что проектирование сложного технического объекта – итерационный процесс последовательного приближения к заданным или оптимальным характеристикам. Широкое использование ЭВМ разрешает существенно расширить вариантность проектирования, степень приближения к самому лучшему решению за более короткое время, т. е. повысить качество проектирования и уменьшить время разработки проекта. Схематично это иллюстрируется графиком, показанным на рис. 1.7.

Время

Р ис. 1.7. Преимущества автоматизированного проектирования: – обычные методы проектирования; ––––––––– – автоматизированное проектирование; А – выигрыш времени; Б – выигрыш качества

Разработка теоретических основ проектирования и значительные успехи в области вычислительной техники свидетельствуют о возможности автоматизации большинства операций процесса проектирования, и это хорошо подтверждается действительностью сегодняшнего состояния проектирования. Успехи, достигнутые в разработке методов, алгоритмов и программ расчетов аэродинамических, весовых, характеристик прочности, параметров силовых установок, оценок летно–технических, экономических данных, данных эффективности, уже привели к созданию целого ряда комплексных программ и автоматизированных систем проектирования самолетов, используемых на различных этапах разработки проекта.

Применение ЭВМ при разработке проектов самолетов влияет на организацию проектирования, предъявляет новые требования к квалификации проектировщиков. От них в данное время требуется не только знание физических процессов, обуслав­ливающих создание самолета, его эксплуатацию, но и знание математических прие­мов, позволяющих формализовать эти процессы, то есть представить их в виде, который позволяет получить необходимые решения на ЭВМ.

Следовательно, использование компьютерных технологий необходимо на всех без исключения этапах создания самолета.