Desain Penerbangan Lanjutan: Bagian 2 – Memperluas Cakupan dengan Pemodelan Efisien

Diposting pada: 25 Desember 2020, | Oleh WayKen Rapid Manufacturing

Pengambil keputusan rekayasa modern menganggap penggunaan daya komputasi berlebihan pada tahap ini sia-sia dan sebagai pemborosan waktu. Pengadopsi teknik yang melibatkan pendekatan jauh lebih efisien dan membantu mengurangi waktu yang diperlukan untuk pemodelan parametrik untuk dieksekusi. Teknik semacam ini meliputi Reduced Order Modeling yang mengurangi kompleksitas matematis sistem sambil memastikan bahwa fisika dari persamaan diferensial parsial yang mengatur tetap utuh.

Setelah analisis awal dilakukan, prosedur iteratif mulai berperan di mana hasil menentukan perubahan dalam desain untuk optimasi. Prosedur ini adalah hubungan antara tahap Konseptual dan Desain Awal. Lihat lebih detail Industrial Design Prototyping.

Mari kita lihat bentuk ringkas dari model Howe yang terkenal untuk Proses Sintesis Proyek.

• Dianggap sebagai perluasan dari studi kelayakan namun dengan keterlibatan detail dan intricacy yang lebih besar.
• Tahap pertama dari proses ini adalah pemilihan satu atau lebih konfigurasi.
• Tahap kedua dikenal sebagai pemilihan Flight Regime dan Powerplant. Pada tahap ini, untuk satu set kondisi operasi yang diberikan misalnya Mach number, dll., jenis powerplant yang akan dipilih disingkatkan i.e. turbo-prop, piston-prop, turbofan, low bypass turbofan, turbojet, ramjet, dll.
• Tahap selanjutnya berkaitan dengan pemilihan tata letak fuselage. Detail payload seringkali menjadi faktor penggerak di balik tahap ini. Ini memberikan titik awal yang baik untuk prediksi pertama massa pesawat.
• Konfigurasi sayap datang selanjutnya. Ini adalah prosedur yang kompleks untuk laboratorium aerodinamika di mana sejumlah besar parameter terlibat. Ini adalah tahap dasar selama proses desain awal. Ini mengarah pada estimasi awal lift, drag, massa pesawat dan juga membantu dalam mencapai perhitungan estimasi beban sayap setelah analisis berturut-turut dilakukan. Perhitungan estimasi beban sayap dilakukan berdasarkan persamaan teoretis yang disesuaikan dengan data empiris untuk berbagai kondisi penerbangan. Ini juga membantu mencapai estimasi kasar rasio dorong berat.
• Terakhir, tahap analisis parametrik mulai berperan. Tahap pertama menggabungkan dimensi sayap dan fuselage untuk menghasilkan serangkaian hasil untuk setiap fase penerbangan. Ini menghasilkan pembentukan ruang desain. Set yang cocok dari Wing Loading dan rasio dorong berat dipilih untuk tahap kedua analisis parametrik.
• Tahap kedua analisis parametrik menggabungkan set data yang dipilih untuk menghitung massa pesawat keseluruhan. Set yang memberikan nilai massa optimal digunakan untuk membuat desain referensi yang kemudian digunakan untuk analisis dan evaluasi mendalam.
• Desain referensi dievaluasi yang pada gilirannya memberikan:
  • Estimasi ukuran untuk permukaan kontrol
  • Bantuan dalam menyelesaikan tata letak roda landasan
  • Estimasi yang lebih baik untuk nilai lift, drag, dan massa
  • Perhitungan yang direvisi untuk karakteristik performa berdasarkan data masukan yang disesuaikan dan metode estimasi kompleks
  • Pengulangan prosedur terjadi sampai kriteria konvergensi massa terpenuhi
• Di akhir tahap desain ini, studi desain sensitivitas dilakukan untuk mengidentifikasi area desain kritis menggunakan teknik grafis atau matematika. Selain itu, kegiatan lain berlangsung secara bersamaan termasuk desain sistem hidrolik, listrik, pemadam kebakaran, perlindungan es, dan pneumatik.

Tahap berikutnya i.e. tahap Desain Rinci adalah tempat sihir terjadi i.e. desain sepenuhnya didefinisikan, model skala untuk pengujian dipesan dari produsen prototipe dan kemudian gambar akhir berdasarkan Design for Assembly dan Design for Manufacturing dilayout dengan topologi, geometri, dimensi, toleransi, dan spesifikasi bahan aktual. Mari kita bahas ini dengan lebih detail sekarang di bagian selanjutnya.

Desain Rinci

Fokus dari tahap ini terutama pada mendapatkan verifikasi untuk prosedur desain yang diuraikan pada tahap-tahap sebelumnya. Ini adalah tahap paling luas dari seluruh proses desain. Ini berfokus pada desain akhir, prototipe, dan pengujian setiap bagian. Berdasarkan data yang diperoleh dari tahap desain awal, tahap ini melibatkan penggunaan paket Computer-Aided Design dan Computer-Aided Manufacturing untuk mendukung aktivitas desain.

Ada tiga faktor yang dipertimbangkan: performa, biaya manufaktur, waktu yang diperlukan, dan efisiensi operasional. Untuk hasil yang komprehensif, ada dua jenis prosedur pengujian yang terlibat i.e. Pengujian Tanah dan Pengujian Terbang. Mari kita lihat spesifikasi dari kedua jenisnya dengan lebih detail.

• Pengujian Tanah: Ini melibatkan pengujian terowongan angin untuk memvalidasi hasil dari paket CFD, tes struktural, evaluasi avionik, dan pemeriksaan sistem. Ini adalah tahap di mana prototiping menyelamatkan hari. Prototiping bagian skala untuk pengujian awal adalah kunci untuk menghemat biaya dan waktu berharga. Penyedia layanan prototipe yang baik akan menggunakan keahlian yang sesuai untuk menciptakan struktur dari spesifikasi bahan yang diperlukan dari pihak Anda. Prototipe dapat digunakan untuk menganalisis kekuatan, kekakuan, flutter, stabilitas elastis, dan parameter sistem lain. Pemuatan statis, pemuatan dinamis, analisis modal getaran, dan analisis flutter adalah beberapa tes kunci yang harus dilakukan. Untuk bagian pesawat skala, Stereolithography 3D printing memberikan akurasi yang diperlukan untuk evaluasi komprehensif antara desain yang diuraikan dan hasil eksperimental.
• Pengujian Terbang: Keterlibatan agensi sertifikasi untuk memverifikasi performa dan karakteristik penerbangan pesawat aktual. Agensi ini dikenal sebagai otoritas kelayakan penerbangan. Mereka mengevaluasi desain pesawat berdasarkan persyaratan desain dan keamanan yang ditetapkan yang diuraikan dalam Federal Aviation Regulations Airworthiness Standards. Tabel berikut secara komprehensif menguraikan semua standar kelayakan penerbangan dan penggunaan masing-masing.

Salah satu standar terpenting ini adalah FAR Part 23 yang berlaku untuk pesawat normal, utilitas, dan akrobatik dengan Maximum Takeoff Weight (MTOW) kurang dari 12.500 pound dan kapasitas penumpang 9 atau kurang. Ini juga menentukan standar untuk pesawat commuter yang memiliki MTOW tidak lebih dari 19.000 pound dengan kapasitas penumpang 19 atau kurang.

Untuk pesawat kategori transport komersial seperti Airbus A320 atau Boeing 737, FAR Part 25 menentukan standar yang diperlukan. Bagian 25 mencakup berbagai subbagian yaitu A, B, C, D, E, dan F, semuanya menentukan standar untuk berbagai sistem dan subsistem pesawat transport komersial.

Demikian pula, untuk rotorcraft (yang paling dikenal sebagai helikopter) FAR Part 27 dan 29 menentukan standar untuk kategori normal dan transport masing-masing. Setelah mencapai sertifikasi kelayakan penerbangan, siklus desain pada praktisnya berakhir dengan 95 persen dari biaya siklus hidup yang terjadi pada tahap ini. Ini kemudian diikuti oleh tahap manufaktur skala besar.

Menutup Proses Desain Sebuah Pesawat

Tinjauan mendalam ini tentang siklus desain pesawat mungkin terlihat sangat kompleks. Namun, dengan pendekatan langkah demi langkah, keputusan matang berdasarkan pemikiran kritis, dan pengambilan keputusan yang bijak, siklus desain pesawat adalah pencapaian yang tercapai. Di era modern di mana risiko tinggi baik dalam hal biaya dan waktu, penggunaan prototipe sangat penting ketika dan di mana diperlukan karena keberhasilan desain pesawat sepenuhnya tergantung pada validasi komprehensif ide desain. Namun, sangat penting untuk menggunakan jasa produsen prototipe yang tepat di bidang penerbangan karena akurasi prototipe sangat penting. Setiap pintasan yang diambil pada tahap mana pun dalam siklus desain terbukti merusak di kemudian hari seperti dalam kasus Boeing 737 Max terbaru.