Los responsables de la toma de decisiones en ingeniería moderna consideran que el uso de una potencia informática excesiva en esta etapa es inútil y requiere mucho tiempo. Aplicar técnicas de aproximación es mucho más eficiente y ayuda a reducir el tiempo necesario para realizar el modelado paramétrico. Estas técnicas incluyen el modelado de orden reducido, que reduce la complejidad matemática del sistema y al mismo tiempo garantiza que se preserve la física de las ecuaciones diferenciales parciales subyacentes.
Luego de realizar el primer análisis, entra en acción un proceso iterativo en el que los resultados dictan cambios al proyecto para su optimización. Este proceso es el vínculo entre la concepción y la fase de diseño preliminar. Para obtener más detalles, consulte Creación de prototipos de diseño industrial.
Veamos una forma resumida del famoso modelo de Howe para el proceso de síntesis de proyectos.
- Es una extensión del estudio de viabilidad, pero incluye más detalles y complejidad.
- El primer paso en este proceso es seleccionar una o más configuraciones.
- La segunda fase se conoce como régimen de vuelo y selección de motor. En esta etapa, para un conjunto dado de condiciones de operación, es decir, número de Mach, etc., se selecciona el tipo de motor a seleccionar, es decir, turbohélice, hélice de pistón, turboventilador, turboventilador de baja relación de derivación, turborreactor, motor estatorreactor, etc.
- El siguiente paso es la selección del diseño del casco. Los detalles de la carga útil suelen ser el factor determinante para este paso. Esto proporciona un buen punto de partida para la predicción inicial de la masa de la aeronave.
- Lo siguiente es la configuración del ala. Se trata de un procedimiento complejo para el laboratorio de aerodinámica, en el que intervienen un gran número de parámetros. Es una fase fundamental durante el proceso de diseño preliminar. Da como resultado una estimación inicial de la sustentación, la resistencia y la masa de una aeronave y también ayuda a realizar cálculos para estimar la carga alar después de realizar un análisis posterior. La carga alar se estima basándose en ecuaciones teóricas ajustadas para diversas condiciones de vuelo basadas en datos empíricos. También ayuda a obtener una estimación aproximada de la relación empuje-peso.
- Finalmente, entran en juego las fases del análisis paramétrico. La primera fase combina las dimensiones del ala y el fuselaje para producir un conjunto de resultados para cada fase del vuelo. Esto conduce a la formación de un espacio de diseño. Para la segunda fase del análisis paramétrico, se seleccionan conjuntos apropiados de cargas alar y relaciones empuje-peso.
- En la segunda fase del análisis paramétrico, los conjuntos de datos seleccionados se utilizan para calcular la masa total de la aeronave. El conjunto de datos con el valor de masa ideal se utiliza para crear un diseño de referencia, que luego se utiliza para un análisis y evaluación en profundidad.
- Se evalúa el diseño del árbitro, lo que a su vez da como resultado lo siguiente:
- Tamaños estimados para superficies de control.
- Ayudar a finalizar el diseño del tren de aterrizaje.
- Mejor estimación de los valores de sustentación, resistencia y masa.
- Cálculos revisados de indicadores de desempeño basados en datos de entrada ajustados y procedimientos de estimación complejos.
- El proceso se repite hasta que se cumplan los criterios de convergencia masiva.
- Al final de esta fase de diseño, se realizan estudios de sensibilidad para identificar áreas críticas de diseño utilizando técnicas gráficas o matemáticas. Además, en paralelo se desarrollan otras actividades, incluido el diseño de sistemas hidráulicos, eléctricos, de extinción de incendios, de protección contra el hielo y neumáticos.
La siguiente fase, la de diseño detallado, es donde ocurre la magia: el diseño está completamente definido, se solicitan modelos a escala para pruebas a un fabricante de prototipos y luego se crean los dibujos finales basados en el diseño del ensamblaje y la fabricación con topologías y materiales reales. geometrías. , dimensiones, tolerancias e información del material creado. Ahora analicemos esto con más detalle en la siguiente sección.
Proyecto detallado
El objetivo de esta fase es principalmente obtener verificaciones de los procedimientos de diseño descritos en las fases anteriores. Es la fase más extensa de todo el proceso de diseño. Ella se enfoca en el diseño final, la creación de prototipos y las pruebas de cada pieza. Según los datos obtenidos en la fase de diseño preliminar, esta fase incluye el uso de diseño asistido por computadora y paquetes de fabricación asistidos por computadora para respaldar las actividades de diseño.
Hay tres factores a considerar: rendimiento, costo de fabricación, tiempo requerido y eficiencia operativa. Para lograr un resultado integral, se requieren dos tipos de procedimientos de prueba: pruebas en tierra y pruebas en vuelo. Echemos un vistazo más de cerca a las características distintivas de ambas especies.
- Pruebas en tierra: esto incluye pruebas en túnel de viento para validar los resultados del paquete CFD, pruebas estructurales, evaluaciones de aviónica y pruebas de sistemas. Esta es la fase en la que la creación de prototipos viene al rescate. La creación de prototipos de piezas a gran escala para las pruebas iniciales es esencial para ahorrar tiempo y costos. Un buen proveedor de servicios de creación de prototipos utilizará los conocimientos adecuados para fabricar la estructura a partir de las especificaciones de material que usted requiera. El prototipo se puede utilizar para analizar resistencia, rigidez, vibración, estabilidad elástica y otros parámetros del sistema. Carga estática, carga dinámica, análisis de vibración modal y análisis de aleteo son algunas de las pruebas importantes que se realizarán. Para piezas de aviones a gran escala, la impresión 3D por estereolitografía proporciona la precisión necesaria para una evaluación integral entre el diseño esbozado y los resultados experimentales.
- Pruebas de vuelo: participación de organismos de certificación para verificar el rendimiento y las características de vuelo de la aeronave real. Estos organismos se denominan autoridades de aeronavegabilidad. Evalúan el diseño de una aeronave con base en los requisitos de diseño y seguridad predefinidos establecidos en los estándares de aeronavegabilidad del Reglamento Federal de Aviación. La siguiente tabla detalla todos los estándares de aeronavegabilidad y sus respectivas aplicaciones.
Entre los estándares más importantes se encuentra FAR Parte 23, que se aplica a aeronaves normales, polivalentes y acrobáticas con un peso máximo de despegue (MTOW) inferior a 12.500 libras y una capacidad de pasajeros de 9 personas o menos. También prescribe estándares para aviones de pasajeros con un MTOW de 19,000 libras o menos y una capacidad de pasajeros de 19 personas o menos.
Para aviones de categoría de transporte comercial, como el Airbus A320 o el Boeing 737, la Parte 25 de FAR prescribe los estándares requeridos. La Parte 25 incluye varias subpartes, a saber, A, B, C, D, E y F, todas las cuales prescriben normas para los diversos sistemas y subsistemas de una aeronave de transporte comercial.
De manera similar, para los helicópteros (más comúnmente conocidos como helicópteros), las Partes 27 y 29 de las FAR establecen los estándares para las categorías normal y de transporte, respectivamente. Una vez que se reciben los certificados de aeronavegabilidad, el ciclo de diseño termina efectivamente, y el 95% de los costos del ciclo de vida se producen en esta etapa. A esto le siguen las fases de producción a gran escala.
Completar el proceso de diseño de la aeronave.
Esta revisión en profundidad del ciclo de diseño de una aeronave puede parecer muy compleja. Sin embargo, con un enfoque paso a paso, decisiones reflexivas basadas en el pensamiento crítico y una toma de decisiones acertada, el ciclo de diseño de una aeronave es un logro alcanzable. En la era moderna, donde los riesgos son altos en términos de costo y tiempo, el uso de prototipos cuando sea necesario es esencial, ya que el éxito de un proyecto de avión depende enteramente de la validación integral de las ideas de diseño. Pero es muy importante contratar los servicios del fabricante de prototipos aeroespaciales adecuado, ya que la precisión de los prototipos es de gran importancia. Cualquier atajo tomado en cualquier etapa del ciclo de diseño resulta destructivo, como fue el caso recientemente con el Boeing 737 Max.
