Как вспоминает Александр Долотовский, заместитель главного конструктора по аэродинамике SSJ100 компании «Гражданские самолеты Сухого» (ГСС), целью перехода на полностью цифровое проектирование было снижение рисков разработки и повышение качества работы проектировщиков.
Для этого в молодой на тот момент компании с самого начала проекта были заложены основы системы управления жизненным циклом изделия на базе PLM-решения (от англ. Product Lifecycle Management – управление жизненным циклом продукта) TeamCenter, а непосредственно для разработки самолета использовалась CAD-среда (от англ. Computer-Aided Design – компьютерное проектирование) CATIA v5 – наиболее продвинутая в то время 3D CAD-система в авиастроении. Для отработки аэродинамической компоновки самолета с самых ранних этапов (КР2 и КР3 (то есть конструктивные решения) в действующей сейчас терминологии стандартов управления проектами ОАК) широко использовались CFD-пакеты (от англ. Computational Fluid Dynamics – вычислительная гидродинамика) как зарубежной (FLUENT), так и отечественной (EWT, BLFR56) разработки.
Детальная разработка алгоритмов системы управления без использования цифрового моделирования была бы просто невозможна, и в ГСС первая математическая модель, реализованная еще в С++, «полетела» задолго до первого полета «суперджета» в Комсомольске-на-Амуре. «В 2004 году мы уже показывали потенциальным заказчикам наши первые, тогда еще довольно наивные, представления о современных законах защиты от выхода за эксплуатационные ограничения, используя для этого небольшую, по нынешним меркам, рабочую станцию, оснащенную обычными, игровыми контроллерами, штурвалом, джойстиком и педалями. Благодаря этой небольшой установке, нам удалось сформировать основной набор функций системы управления самолета в замкнутом контуре с пилотами, что позволило избежать крупных, системных ошибок в дальнейшей работе», – рассказывает Александр Долотовский.
В разработке SSJ100 принимали активное участие не только наши конструкторы, но и ученые сразу нескольких крупных организаций, в первую очередь Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) им. профессора Н. Е. Жуковского, Саровского инженерного центра, Московского физико-технического института и Сибирского научно-исследовательского института авиации им. С. А. Чаплыгина, которых привлекали на различных этапах проекта для решения прикладных задач, прежде всего с использованием того, что сейчас принято называть «суперкомпьютерными технологиями».
«Использование расчетных методов грубо можно разделить на два основных направления – это поиск оптимального решения и сопровождение натурного и полунатурного эксперимента, – рассказывает Долотовский. – Например, оптимизация профилировки и формы крыла в плане. Для этого нами совместно с учеными НИО-2 (2-й научно-исследовательский отдел. – Ред.) ЦАГИ был проведен итерационный процесс оптимизации профилировки по многим критериям, включавшим с себя требования компоновки, прочности, технологии производства и, разумеется, аэродинамического совершенства. Но для того, чтобы удостовериться, что расчеты действительно дают заданный уровень совершенства, необходимо провести эксперимент в аэродинамической трубе, который тоже имеет определенный уровень подобия. И тут CFD приходят на помощь, позволяя учесть особенности потока в аэродинамической трубе, сделать корректный пересчет результатов, полученных в аэродинамической трубе, на условия реального полета».
В результате крыло SSJ100, оптимизация которого была выполнена в очень короткие сроки (менее двух лет), обеспечивает не только отличные показатели по расходам топлива, но и на редкость хорошие характеристики самолета в режимах сваливания, в том числе и с учетом обледенения. При этом технологии производства этого крыла отрабатывались в Комсомольске-на-Амуре параллельно с разработкой конструкции, что позволяет сейчас Комсомольскому-на-Амуре авиационному заводу (КнААЗ) им. Ю. А. Гагарина и Комсомольскому-на-Амуре филиалу (КнАФ) компании ГСС обеспечивать высокий темп производства самолетов, превосходящий даже ранее имевшийся в СССР по некоторым самолетам такой размерности.
Другой пример успешного использования цифровых технологий в аэрогазодинамике SSJ100 – проектирование мотогондолы двигателя SaM146, которую выполнили партнеры ГСС – компания PowerJet, тоже совместно с ЦАГИ. Задача, поставленная перед разработчиками, заключалась в том, чтобы обеспечить высокую эффективность воздухозаборника двигателя во всех режимах полета и при этом снизить риски повреждения двигателя от посторонних предметов на входе в мотогондолы до приемлемого уровня. С этой целью были проведены расчетные работы по многокритериальной оптимизации геометрии заборника и кока вентилятора, которые гарантируют сепарацию посторонних предметов во внешний контур вентилятора двигателя при нахождении самолета на земле и в полете.
Проведенные после этого испытания в аэродинамических трубах ЦАГИ (в частности в Т-104) показали правильность расчетных результатов, а фактический опыт испытаний самолетов SSJ100 на аэродромах России, в том числе и покрытых осадками, подтверждают эксперименты, проведенные на математических моделях и моделях в аэродинамических трубах.
( Read more...Collapse )
