Проведение параметрических исследований по оптимизации массы конструкции ЛА

Лабораторная работа

Одной из наиболее значимых характеристик технического уровня любого летательного аппарата является масса конструкции. Это вполне понятно, так как вся конструкция суть вынужденный добавок к полезному транспортируемому грузу. Массу конструкции ЛА условно можно представить состоящей из трех частей. Первая часть массы конструкции обеспечивает выполнение целевого назначения ЛА, это необходимая масса.

Вторая часть массы обусловлена технологическими и экономическими соображениями. Например, какая-то деталь ЛА делается прочнее, чем это требуется для обеспечения безопасности и надежности полета, так как для ее изготовления применен материал стандартной толщины, или какой-то элемент конструкции выполняется постоянного сечения, чтобы избе­жать трудоемкой обработки по длине для получения необходимого по прочности переменного сечения, или делаются разъемы, которые не будут использоваться в эксплуатации, но введение которых упрощает и удешев­ляет технологический процесс. Эта часть массы является технологичес­ким "довеском", она может быть увеличена или уменьшена при соответст­вующем упрощении или усложнении конструкции.

Наконец, третью часть массы составляют дискретные конструктивные элементы, а также косынки, накладки, крепежные детали и т.д. Это кон­структивный "довесок", который так же, как и технологический, не является необходимым для работы конструкции. Вторая и третья части массы составляют излишнюю массу. Доля излишней массы характеризует массовое (весовое) совершенство ЛА, уровень отработки его конструк­ции.

Обычно при оптимальном проектировании конструкций имеется широкий выбор конструктивных параметров, варьированием которых можно влиять на критерий качества. Например, уменьшение массы конструкции может быть достигнуто в результате рационального распределения толщин, управления анизотропией материалов, армирования, создания предвари­тельного напряженного состояния и т.д. Важно знать, какие способы оптимизации или их комбинация приводят к наибольшему выигрышу.

Так, конструкции минимальной массы, получающиеся в результате решения задач оптимального проектирования, не всегда приемлемы в технологическом отношении. В некоторых случаях выигрыш массы опти­мальной конструкции столь незначителен по сравнению с обычно употребляемыми конструкциями, что изготавливать ее нет смысла. Однако возможность получения оптимального решения чрезвычайно важна. Оно представляет собой эталон, с помощью которого проектировщик сравнивает работоспособные варианты конструкции и выбирает лучший, наиболее близкий к оптимальному. Кроме того, оптимальное решение указывает пути совершенствования конструкции и в том случае, когда оптимальный проект сложен в изготовлении, но имеется возможность спроектировать технологичную конструкцию несколько большей массы, чем оптимальная.

Наиболее общий подход к решению задачи оптимизации авиационных конструкций предполагает проведение оптимизации в три этапа: 1) синтез оптимальной конструктивно-силовой схемы; 2) оптимизация конструкции в пределах выбранной силовой схемы при заданных допустимых напряжениях; 3) оптимизация элементов конструкции.

Под конструированием понимается этап проектирования, включающий в себя конструктивно-технологическую проработку конструктивной схемы, выбранной на предыдущем этапе, и выпуск рабочих чертежей.

Конструирование по своей природе требует не только знаний, но и изобретательства.

Следует учитывать то, что не бывает конструкций целиком из новых деталей и узлов. Статистика показывает, что при создании новых технических устройств экономически оправдано не более 20...25 % оригинальных деталей. Остальные детали и даже многие узлы повторяют ранее реализованные конструкции. Это повторение в процессе проектирования должно быть разумно организовано.

Представляется целесообразным в качестве типовых базовых элементов использовать:

стандартизованные элементы конструкции;

многократно встречающиеся в различных изделиях стыковые узлы и отдельные детали;

типовые технологические операции.

Дата добавления: 2015-08-03