Desain Pesawat (Bagian 1):Memperluas Cakrawala

Di antara jurusan teknik terberat secara global, teknik kedirgantaraan dan aeronautika bisa dibilang teratas dalam daftar. Setiap insinyur yang membaca artikel ini mungkin akrab dengan siklus desain biasa yang terlibat dalam desain produk apa pun, tetapi tingkat kerumitan yang diperlukan di bidang penerbanganlah yang membuatnya begitu menantang.

Desain pesawat modern menghadapi tantangan operasional, lingkungan, dan keuangan yang ketat. Pergeseran paradigma besar-besaran sedang diperhatikan tentang bagaimana sistem yang kompleks dirancang dan bagaimana menghindari kekurangan desain seperti dalam kasus Boeing 737 Max terbaru. Dalam artikel ini, kita akan membahas alur siklus desain pesawat modern dan contoh di mana menggunakan layanan dari produsen prototipe untuk pengujian skala dapat menghemat hari.

Jelajahi lebih detail pembuatan prototipe desain industri di sini.

Siklus Desain Pesawat Modern

Setiap desainer yang membaca artikel ini mungkin familiar dengan tiga fase desain dasar yaitu Conceptual, Preliminary dan Detailed Design. Namun, persaingan yang ketat di antara pelaku pasar dengan ekspektasi tinggi dari pelanggan membuat perusahaan harus berinovasi luar biasa dalam fase desain untuk memenuhi kriteria yang beragam. Mari kita bahas siklus desain pesawat terbang berdasarkan biaya siklus hidup dengan bantuan diagram berikut.

Seperti yang Anda lihat, tiga fase pertama sebelum tahap pembuatan berjumlah 95% dari seluruh biaya. Di antara tiga fase awal, yang paling penting adalah Fase 1 yaitu Perencanaan dan Desain Konseptual. Oleh karena itu, mari kita fokus pada fase pertama secara rinci diikuti oleh dua lainnya.

Perencanaan dan Desain Konseptual

Langkah awal ditandai dengan studi kelayakan yang menentukan apakah suatu kebutuhan dapat dipenuhi dengan teknologi yang ada atau tidak. Selain itu, studi kelayakan juga membantu mengoptimalkan jalur untuk proyek yaitu desain ulang lengkap yang berarti risiko dan biaya tertinggi atau adopsi/modifikasi desain yang ada. Setelah ini, fase desain konseptual dimulai. Perancang pesawat mana pun mengetahui model Raymer dan Roskam dengan sangat baik dan seperti yang mereka jelaskan, fase desain konseptual melibatkan menjawab pertanyaan dasar berikut:

• Apakah ini akan berhasil?
• Seperti apa bentuknya?
• Apa saja persyaratannya?
• Bagaimana cara mengoptimalkan pengorbanan?
• Bagaimana cara mengoptimalkan bobot dan biaya?

Tujuan akhir dari tahap desain konseptual adalah untuk mengidentifikasi dan menyiapkan konsep desain yang layak dan optimal untuk penyempurnaan lebih lanjut. Fase ini dengan demikian melibatkan pembuatan, mempelajari, dan memeriksa berbagai konsep desain, semuanya dengan pengetahuan minimal tentang hasil eksperimen dan data terbatas mengenai kepraktisan desain. Grafik di bawah paragraf ini menggambarkan rentang ketidakpastian yang lebih besar selama tahap konseptual dibandingkan dengan tahap lanjutan. Selain itu, 65 persen dari biaya siklus hidup yang timbul selama tahap ini berarti bahwa setiap perubahan pada desain dasar, di kemudian hari, berarti pengurangan pendapatan secara keseluruhan dan perpanjangan tenggat waktu.

Dilema yang biasa dihadapi dalam fase desain konseptual adalah dimulainya program desain tanpa secara jelas menguraikan serangkaian persyaratan yang harus dipenuhi. Menguraikan persyaratan pasar dan membuat pelanggan membuat harapan mereka diketahui secara eksplisit sangat penting. Penyempurnaan persyaratan pada tahap selanjutnya menghasilkan pendekatan yang tidak ekonomis dan tidak efisien dan siklus desain semacam itu memiliki implikasi yang parah pada biaya siklus hidup yang dikeluarkan. Dalam kasus desain pesawat terbang, ada beberapa persyaratan dan harapan yang sering bertentangan yang ditetapkan oleh pelanggan. Seperangkat sistem pesawat yang beragam dan kompleks berdasarkan berbagai bagian pesawat, mis. sayap, mesin, badan pesawat, roda pendarat, ekor, dan kanard memiliki banyak tantangan.

Berurusan dengan ini adalah seni tersendiri dan itulah sebabnya keputusan seperti itu difasilitasi menggunakan teknik seperti Pengambilan Keputusan Atribut Berganda (MADM). Dengan bantuan teknik tersebut, pertimbangan implisit dibawa ke dalam permainan, dan pengambilan keputusan bergerak dari pendekatan deterministik titik tunggal ke pendekatan dinamis dan parametrik. Selain itu, teknik seperti Analisis Multidisiplin dan Optimalisasi Desain sangat penting untuk memenuhi serangkaian kendala yang kusut dalam lingkungan seperti itu. Teknik ini telah diuraikan dalam diagram berikut yang menggambarkan interaksi antara berbagai jurusan penerbangan.

Mengenai ketidakpastian dalam tahap desain konseptual seperti yang diuraikan sebelumnya, metode yang ditetapkan didasarkan pada teori dan metode desain probabilistik. Metode ini melibatkan penggunaan Probability Density Functions (PDFs) dan Cumulative Distribution Functions (CDFs) untuk setiap batasan desain. Data untuk beberapa batasan desain kemudian secara kolektif diplot dan dianalisis. Data kumulatif ini memberi desainer wawasan yang jelas tentang wilayah desain dan apakah dia perlu melonggarkan batasan apa pun atau memperkenalkan teknologi apa pun untuk perbaikan keseluruhan siklus desain.

Singkatnya, perancang menciptakan hubungan antara variabel input dan output dengan tetap memperhatikan variabilitas faktor input.

Desain Awal

Tahap ini sangat penting untuk mengukur berbagai faktor desain untuk konsep yang diselesaikan pada tahap pertama. Hal ini membutuhkan studi mendalam dan analisis interaksi interdisipliner antara berbagai sistem dan subsistem pesawat terbang. Misalnya, konsep aeroelastisitas adalah kombinasi dari mekanika struktural dan aerodinamika.

Di era rekayasa modern saat ini, fase desain awal juga mencakup pertimbangan seperti keandalan, pemeliharaan, stabilitas, dan kontrol, keselamatan, dan ekonomi. Sekarang kita akan membahas lebih detail tantangan yang ada dalam fase desain ini dan cara optimal untuk menghadapinya.

Pemodelan yang canggih, kompleks, dan akurat memerlukan penggunaan algoritme numerik tingkat lanjut, mis. Dinamika Fluida Komputasi dan Analisis Elemen Hingga. Namun, biaya komputasi yang sangat tinggi berarti tantangan lain bagi para desainer. Diagram berikut secara kiasan menggambarkan tradeoff yang terlibat dalam memilih alat fidelitas tinggi vs menggunakan simulasi sederhana.

Bergerak menuju alat yang kompleks dan memiliki ketelitian tinggi tidak hanya berarti biaya komputasi yang lebih tinggi tetapi juga ada tantangan untuk menangani beberapa variabel, seringkali berjumlah ratusan, dan saling ketergantungannya juga. Dengan demikian, waktu yang signifikan dihabiskan untuk mengidentifikasi dan memetakan lingkungan simulasi. Ceritanya belum berakhir!!!）

Jika Anda masih tertarik dengan kontennya, silakan baca Desain Pesawat (Bagian 2):Memperluas Cakrawala. Terima kasih.