Os tomadores de decisão de engenharia moderna consideram o uso de poder computacional excessivo nesta fase inútil e demorado. A aplicação de técnicas de aproximação é muito mais eficiente e ajuda a reduzir o tempo necessário para executar a modelagem paramétrica. Essas técnicas incluem Modelagem de Ordem Reduzida, que reduz a complexidade matemática do sistema, garantindo ao mesmo tempo que a física das equações diferenciais parciais subjacentes seja preservada.
Após a realização da primeira análise, entra em ação um processo iterativo em que os resultados ditam mudanças no projeto para otimização. Este processo é o elo entre a concepção e a fase de projeto preliminar. Para obter mais detalhes, consulte Prototipagem de Design Industrial.
Vejamos uma forma resumida do famoso modelo Howe para o processo de síntese de projetos.
- É uma extensão do estudo de viabilidade, mas inclui mais detalhes e complexidade.
- A primeira etapa neste processo é selecionar uma ou mais configurações.
- A segunda fase é conhecida como regime de voo e seleção do motor. Nesta fase, para um determinado conjunto de condições de operação, ou seja, número Mach, etc., o tipo de motor a ser selecionado é selecionado, ou seja, turboélice, hélice de pistão, turbofan, turbofan de baixa relação de bypass, turbojato, motor ramjet, etc.
- O próximo passo diz respeito à seleção do layout do casco. Os detalhes da carga útil costumam ser o fator determinante para esta etapa. Isto fornece um bom ponto de partida para a previsão inicial da massa da aeronave.
- A seguir está a configuração da asa. Este é um procedimento complexo para o laboratório de aerodinâmica, no qual um grande número de parâmetros desempenha um papel. É uma fase fundamental durante o processo de projeto preliminar. Resulta em uma estimativa inicial de sustentação, arrasto e massa de uma aeronave e também auxilia na realização de cálculos para estimar a carga alar após a realização de análises subsequentes. A carga alar é estimada com base em equações teóricas ajustadas para diversas condições de voo com base em dados empíricos. Também ajuda na obtenção de uma estimativa aproximada da relação empuxo-peso.
- Finalmente, entram em jogo as fases da análise paramétrica. A primeira fase combina as dimensões da asa e da fuselagem para produzir um conjunto de resultados para cada fase do voo. Isso leva à formação de um espaço de design. Para a segunda fase da análise paramétrica, são selecionados conjuntos apropriados de cargas alares e relações empuxo-peso.
- Na segunda fase da análise paramétrica, os conjuntos de dados selecionados são utilizados para calcular a massa total da aeronave. O conjunto de dados com o valor de massa ideal é usado para criar um projeto de referência, que é então usado para análise e avaliação aprofundadas.
- O design do árbitro é avaliado, o que por sua vez resulta no seguinte:
- Tamanhos estimados para superfícies de controle
- Ajude a finalizar o layout do trem de pouso
- Melhor estimativa dos valores de sustentação, arrasto e massa
- Cálculos revisados de indicadores de desempenho com base em dados de entrada ajustados e procedimentos de estimativa complexos
- O processo é repetido até que os critérios de convergência de massa sejam atendidos.
- No final desta fase de design, são realizados estudos de sensibilidade para identificar áreas críticas de design usando técnicas gráficas ou matemáticas. Além disso, outras atividades acontecem paralelamente, incluindo o projeto de sistemas hidráulicos, elétricos, de extinção de incêndio, de proteção contra gelo e pneumáticos.
A próxima fase, a fase de projeto detalhado, é onde a mágica acontece: o projeto é totalmente definido, modelos em escala para teste são encomendados a um fabricante de protótipos e, em seguida, os desenhos finais são criados com base no projeto de montagem e fabricação com topologias e geometrias reais. , dimensões, tolerâncias e informações de material criadas. Agora vamos discutir isso com mais detalhes na próxima seção.
Projeto detalhado
O foco desta fase é principalmente na obtenção de verificações para os procedimentos de projeto descritos nas fases anteriores. É a fase mais extensa de todo o processo de design. Ela se concentra no design final, prototipagem e testes de cada peça. Com base nos dados obtidos na fase de projeto preliminar, esta fase inclui o uso de pacotes de projeto auxiliado por computador e de fabricação auxiliada por computador para apoiar as atividades de projeto.
Há três fatores a serem considerados: desempenho, custo de fabricação, tempo necessário e eficiência operacional. Para alcançar um resultado abrangente, são necessários dois tipos de procedimentos de teste: testes de solo e testes de voo. Vamos dar uma olhada mais de perto nas características distintivas de ambas as espécies.
- Testes de solo: Isto inclui testes em túnel de vento para validar resultados de pacotes CFD, testes estruturais, avaliações de aviônicos e testes de sistemas. Esta é a fase em que a prototipagem vem em socorro. A prototipagem de peças em escala real para testes iniciais é fundamental para economizar tempo e custos. Um bom provedor de serviços de prototipagem usará o conhecimento apropriado para fabricar a estrutura a partir das especificações de material exigidas por você. O protótipo pode ser usado para analisar resistência, rigidez, vibração, estabilidade elástica e outros parâmetros do sistema. Carregamento estático, carregamento dinâmico, análise modal de vibração e análise de flutter são alguns dos testes importantes a serem realizados. Para peças de aeronaves em escala real, a impressão 3D por estereolitografia fornece a precisão necessária para uma avaliação abrangente entre o projeto esboçado e os resultados experimentais.
- Testes em voo: O envolvimento de organismos de certificação para verificar o desempenho e as características de voo da aeronave real. Esses órgãos são chamados de autoridades de aeronavegabilidade. Eles avaliam o projeto de uma aeronave com base no projeto predefinido e nos requisitos de segurança estabelecidos nos padrões de aeronavegabilidade dos Regulamentos Federais de Aviação. A tabela abaixo detalha todos os padrões de aeronavegabilidade e suas respectivas aplicações.
Entre os padrões mais importantes está o FAR Parte 23, que se aplica a aeronaves normais, multifuncionais e acrobáticas com peso máximo de decolagem (MTOW) inferior a 12.500 libras e capacidade de passageiros de 9 pessoas ou menos. Ele também prescreve padrões para aeronaves suburbanas com MTOW de 19.000 libras ou menos e capacidade de passageiros de 19 pessoas ou menos.
Para aeronaves da categoria de transporte comercial, como o Airbus A320 ou Boeing 737, a FAR Parte 25 prescreve os padrões exigidos. A Parte 25 inclui várias subpartes, nomeadamente A, B, C, D, E e F, todas as quais prescrevem normas para os vários sistemas e subsistemas de uma aeronave de transporte comercial.
Da mesma forma, para helicópteros (mais comumente conhecidos como helicópteros), as Partes 27 e 29 do FAR estabelecem os padrões para as categorias normal e de transporte, respectivamente. Uma vez recebidos os certificados de aeronavegabilidade, o ciclo de projeto termina efetivamente, com 95% dos custos do ciclo de vida ocorrendo nesta fase. Isto é seguido pelas fases de produção em grande escala.
Concluindo o processo de design de uma aeronave
Esta revisão aprofundada do ciclo de projeto de uma aeronave pode parecer muito complexa. No entanto, com uma abordagem passo a passo, decisões ponderadas baseadas no pensamento crítico e na tomada de decisões sábias, o ciclo de projeto da aeronave é uma conquista alcançável. Na era moderna, onde os riscos são elevados em termos de custo e tempo, a utilização de protótipos quando necessário é essencial, uma vez que o sucesso de um projeto de aeronave depende inteiramente da validação abrangente das ideias de projeto. Mas é muito importante contratar os serviços do fabricante de protótipos aeroespaciais certo, pois a precisão dos protótipos é de grande importância. Qualquer atalho tomado em qualquer fase do ciclo de design revela-se posteriormente destrutivo, como foi recentemente o caso do Boeing 737 Max.
