Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение требований к характеристикам современной авиационной техники обусловило широкий поиск новых проектно-конструкторских решений. Одним из таких решений является концепция магистральных самолетов большой пассажировместимости.
Введение в эксплуатацию самолетов большой пассажировместимости устранит основное затруднение гражданской авиации: уменьшение пропускной способности аэропортов вследствие увеличения пассажиропотоков. Снижение числа самолётов, потребных для обеспечения заданного объема перевозок, позволит лучше их использовать, обслуживать и, наконец, что очень важно, повысить безопасность эксплуатации вследствие уменьшения числа посадок и взлетов в наиболее загруженных аэропортах. Кроме того, ожидаемые более низкие значения эксплуатационных расходов на одного пассажира не только позволят окупить затраты на проектирование, разработку и постройку необходимого парка самолётов, но и будут способствовать снижению себестоимости эксплуатации, а следовательно, и дальнейшему увеличению объема пассажирских перевозок.
Разработка таких самолетов требует решения целого ряда научно-технических задач, основными из которых являются:
-создание фюзеляжа, позволяющего разместить внутри себя количество пассажиров от 300 и больше за счёт рационального размещения в нем грузового и пассажирского оборудования;
-учет инфраструктурных ограничении в местах преополагаемого базирования самолета;
- создание систем безопасного покидания многопалубного самолета пассажирами в случае аварийной посадки и т.д
Анализ известных проектно-конструкторских решений показал, что одним из важных аспектов, позволяющих сделать успешный образец магистрального самолета большой пассажировместимости (МС БП), является корректное решение задачи формирования облика фюзеляжа и выбор рациональных вариантов компоновки пассажирских и грузовых палуб
Выбор компоновочной схемы поперечного сечения фюзеляжа, и. как следствие этого, выбор формы обвода в поперечном сечении, является одной из основных задач формирования самолёта. На основании этого выбора определяется геометрия носовой, центральной- и хвостовой части, что в конечном итоге окажет решающее воздействие на формирование облика всего самолета
Предпосылкой для решения этой задачи является опыт разработки магистральных самолетов, а также научно-методическая база. Ее анализ показывает, что отдельные аспекты специфических проблем проектирования конструкции, оборудования и эксплуатации самолетов рассмотрены в работах С М Егера, О.С Самойловича, М.Ю. Куприкова, В.В. Мальчевского, В.А. Киселева. В 3 Максимовича, А.Н. Арепьева, Ж Роскама (США). X Хаберланда (Германия), Э Торенбика (Голландия) и ряда других
рос. национальная! БИБЛИОТЕКА J СПетер&гргЛ-/,;
21 тЗ«4.Щ
отечественных и зарубежных авторов, ученых ЦАГИ и других авиационных НИИ и ОКБ.
Работы В.А. Киселёва посвящены особенностям аналитического проектирования сечения пассажирской кабины многоместных самолётов. Рассмотрены вопросы формирования и формализации двухпалубных схем поперечных сечений фюзеляжа различных форм, заложены основы для их автоматизированного проектирования. В работах М.Ю. Куприкова проведен анализ влияния инфраструктурных ограничений на размерность и компоновку магистральных самолётов. В работах В.В. Мальчевского предложен матрично-топологический метод синтеза схемы и компоновки самолёта. Работы А.Н. Арепьева посвящены вопросам выбора параметров и вариантов компоновок фюзеляжей магистральных самолётов.
Многообразие схем и вариантов компоновочных решений не позволяет исследовать всю область реализуемых компоновок самолёта обычными {не машинными) способами. В известных до настоящего времени работах вопросы автоматизированной компоновки самолётов рассматривались на уровне концепций построения компоновочных схем, или в них описывались конечные результаты применения отдельных компоновочных программ. Стоит отметить, что большинство систем автоматизации статичны и ориентированы на решение указанного класса задач с помощью использования строго ограниченного набора средств современных интегрированных CAD/CAM/CAE систем.
Работами в области автоматизированной компоновки салона магистрального самолёта занимались как в нашей стране, так и за рубежом Среди них следует отметить работы В.В. Мальчевского, X. Хаберланда.
На основании проведенного анализа существующих работ, можно сделать вывод о том, что при автоматизированной компоновке фюзеляжа недостаточно внимания уделялось формированию поперечного сечения. В современных работах по компоновке фюзеляжа не рассматривается формирование фюзеляжей с тремя палубами, хотя при интенсивном росте пассажиропотоков это является актуальной темой.
Цель работы. Целью диссертационной работы является создание методического обеспечения для проведения структурно-параметрическою анализа вариантов компоновки пассажирских и грузовых палуб. Это обеспечит повышение качества проектно-консгрукторских работ по созданию МС БП на этапе предварительного проектирования, снижение материальных и временных затрат за счет широкого использования современных методов математического моделирования и средств машинной графики при компоновке пассажирских салонов, грузовых и багажных отсеков самолета
Достижение поставленной цели диссертационной работы осуществлено на основе решений следующих задач'
-выявления места и состава задач компоновки пассажирских и грузовых палуб в рамках формирования облика самолета;
- разработки автоматизированного метода компоновки пассажирской и грузовой палубы МС БП;
-5-'
- разработки реализующих метод новых и модификации существующих
моделей грузопассажирского оборудования и процедур компоновки;
-разработки алгоритмов и программ и включение их в подсистему автоматизированного формирования поперечного сечения фюзеляжа самолета.
- проведения на базе подсистемы проектных исследований по
выявлению рациональных значений параметров и схем внутренней
компоновки фюзеляжа МС БП и выработки рекомендаций по
компоновке пассажиров и грузов.
Методика исследования. Предметом исследования является процесс компоновки фюзеляжа МС БП. Декомпозиция задач, разработка моделей и алгоритмов базируются на принципах системного подхода. Выявление рациональных конструктивно-компоновочных решений осуществлено на основе моделирования с помощью формально-эвристических процедур. Математическая задача отыскания рациональных значений параметров поставлена как задача многокритериальной дискретной оптимизации.
Научная новизна диссертации заключается в разработке комплекса формально-эвристических методов, моделей, алгоритмов и процедур решения задачи структурно-параметрического синтеза геометрического облика фюзеляжа самолета, основанного на разработанном автоматизированном методе контрольных точек.
В ходе работы были получены следующие новые результаты
выявлены специфические задачи компоновки пассажирских и грузовых палуб фюзеляжа МС БП, исходя из инфраструктурных требований,
разработан основанный на формально-эвристическом моделировании метод автоматизированной компоновки поперечного сечения фюзеляжа МС БП,
разработаны модели грузопассажирского оборудования,
разработаны процедуры компоновки фюзеляжа самолета;
выявлены закономерности между параметрами и вариантами компоновки грузовых и пассажирских палуб фюзеляжа и характеристиками самолета, а также определены области существования компоновочных решений трехпалубных фюзеляжей с поперечным сечением в виде вертикальной восьмёрки
Практическая ценность диссертационной работы заключается в і о*' что на базе разработанных методик, процедур и моделей создана подсистема автоматизированного проектирования поперечного сечения фюзеляжей самолетов, которая может быть использована в НИИ и ОКБ авиационной промышленности, обеспечивая при этом сокращение трудоемкости проектирования в 7-10 раз при рассмотрении большего числа вариантов
Программный комплекс может быть использован и при подготовке специалистов по проектированию самолетов в учебных заведениях.
Достоверность полученных результатов обеспечивается тестированием программного комплекса при расчете реальных фюзеляжей самолетов и сопоставления их с результатами расчетов. Отклонение характеристик физических и математических моделей не превышает 5%
Внедренир результатов работы. Результаты работы внедрены в ЗАО «Иркут АвиаСТЭП», компании «SolidWorks-Russia», кафедре 904 «Инженерная графика» МАИ, что подтверждается соответствующими актами о внедрении. Аппобапия работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на ряде научно-технических конференций и в организациях.
Организация
Наименование конференции, семинара и т.д.
Московский государственный Авиационный технологический университет им. К.Э. Циолковского
Военно-воздушная инженерная академия им. Н.Е. Жуковского
Московский государственный институт электроники и математики
ОАО «ОКБ Сухого»
авиационный
Московский институт
ЗАО «Иркут АвиаСТЭП»
Военно-воздушная инженерная академия им. Н.Е. Жуковского
XXVII Гагаринские чтения
Научные чтения, посвященные памяти
Н.Е. Жуковского
10-я юбилейная Международная школа-семинар «Новые информационные технологии»
Первая научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Исследования и перспективные разработки в авиационной промышленности»
Научный доклад на каф. 904 «Инженерная
графика»
Научный доклад
Научные чтения, посвященные памяти
Н.Е. Жуковского
Основные теоретические положения и некоторые результаты исследования опубликованы автором в научных статьях [2, 5,11,12], а также содержатся в тезисах докладов на научно-технических конференциях всероссийского и международного значения [1, 3,4, 6-10].
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения, библиографического списка и приложения. Объём работы составляет 163 страницы, включая 45 рисунков и 7 таблиц. Список литературы содержит 96 наименований.
