Введение к работе
Актуальность проблемы. Диалектическое противоречие между юстоянно совершенствующимися новыми типами самолетов и непрерывно ггареющей авиационной инфраструктурой возникло с первых дней появления івиации и носит фундаментальный характер. Переход на трансзвуковые и -верхзвуковые скорости полета, увеличение грузопотоков и, как следствие, 'величение размерности воздушных судов привели к появлению мощного юрогостоящего инфраструктурного комплекса. Воздушное судно и івиационная инфраструктура представляют собой единую взаимосвязанную :истему воздушного транспорта. Создание современного аэродрома требует емельного участка площадью более 8100 га, искусственного покрытия ізлетно-посадочной полосы (ВПП) и рулежных дорожек и огромных временных і материальных затрат. Для определенного класса ЛА можно выделить группу іграничений, которые носят концептуальный характер и оказывают [риоритетное влияние на формирование облика самолета (ФОС). Такие іграничения в работе названы "жесткими". Возросшая "жесткость" [нфраструктурных ограничений не позволяет использовать при роектировании самолетов традиционные методы и требует разработки ригинальных методов проектирования самолета при инфраструктурных граничениях такого типа.
Значительное влияние на удовлетворение инфраструктурных требований казывают конструктивно-компоновочные решения. Формирования облика амолета с учетом инфраструктурных требований позволит учесть их на анних стадиях проектирования самолета.Таким образом, предметом иссертационного исследования является процесс формирования облика амолета. В качестве объектов исследования рассматриваются тмолеты, для которых критичность инфраструктурных ограничений осит концептуальный характер. Примерами таких самолетов являются: озвуковые магистральные пассажирские, сверхзвуковые маневренные, іузо-пассажирские региональные. На рис. 1 эти летательные аппараты эказаныв пространстве инфраструктурных параметров: относительной дальности олета(Ьр); относительной длины ВПП(ЬВПП); относительной степени ;нащенности ВПП (S).
Г.--^
СВВП —-
ЭЭ*
ц,
Рис. 1. Объекты авиационной техники в пространстве инфраструктурных параметров
т max ЬВПП
S степень оснащенности ВПП (спец. установки, ACN, прочность ВПП
06 актуальности проблемы свидетельствует то, что исследование данного вопроса проводилось на кафедре 101 в соответствии с перспективным научным направлением ПНН-1 НИР 001-01П, НИР 74270-25000, № 96-01-00489 (НИР ПР-025), НИР 68160-01010; в рамках совместных НИР с ММЗ «Скорость» и МАИ № 35690-01010 и 55060-01010, № 55630 и на кафедре 601 по НИР 601-92-К6 и НИР ПБ 72. Об актуальности темы свидетельствуют Гранты, полученные лично соискателем и при его участии коллективом авторов на выполнение исследований: 1-й Грант Всероссийского молодежного научного Форума "Интеллектуальный потенциал России - в XXI век", Всероссийский Грант молодых ученых (НИР 68160-01101), Грант Международного фонда науки, культуры и экономики, Грант Российского фонда фундаментальных исследований №96-01-00489 (НИР ПР-025), докторантский Грант (НИР ПБ-111). Актуальность подтверждена в процессе апробации на научно-технических конференциях[11-16,18-19^1-23Д5].
Методика исследования.
Декомпозиция задач, разработка математических моделей и алгоритмов базируются на принципах:
системного подхода;
историко-технического анализа развития авиационной техники; основанного на принципах диалектической логики и фундаментальных философских законах развития природы и техники;
эвристических разрешений противоречий путем экспертных оценок, сформированных на базе опыта проектных работ.
Выявление рациональных конструктивно-компоновочных решений осуществлено на основе моделирования с помощью формально-эвристических процедур.
Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке комплекса формально-эвристических методов, моделей, алгоритмов и процедур решения задачи структурно-параметрического синтеза облика самолета при "жестких" инфраструктурных ограничениях. Таким образом, предложен новый подход к формированию облика самолета в этих условиях, обеспечивающий повышение качества и сокращение сроков проектирования ЛА. Входе работы были получены следующие новые результаты:
показано, что выявленные зависимости между инфраструктурными ограничениями, параметрами, вариантами компоновки и характеристиками самолета для некоторых типов самолетов имеют концептуальный характер и оказывают приоритетное влияние на процесс формирования облика самолета, введено понятие "жестких" инфраструктурных ограничений;
впервые показано, что "жесткие" инфраструктурные ограничения могут быть эффективно учтены путем трансформации задачи формирования облика самолета в "обратную" задачу проектирования, позволяющую уменьшить число итераций при поиске облика самолета;
выявлено и систематизировано множество конструктивно-эмпоновочных решений и их весовых эквивалентов, обеспечивающих ювлетворение инфраструктурных ограничений, что обусловило реализацию роцесса автоматизированного формирования облика самолетов разного азначения и размерности с использованием формально-эвристичеких роцедур синтеза схемы и компоновки самолета;
выявлены, формализованы и количественно определены новые связи инструктивно-компоновочных параметров и характеристик в процессе интеза облика самолета при "жестких" инфраструктурных ограничениях, акие как:
зависимость максимальной взлетной массы от инфраструктурных
граничений по габаритам самолета, прочности покрытия, ширине и длине
!ПП и т.д.
зависимость типа и положения агрегатов силовой установки, системы
правления самолетом, шасси и т.д. от ограничений по длине ВПП,
собенностей компоновочного пространства, назначения самолета
вертикальный-ультракороткий взлет и посадка) и д.р.
впервые показано, что "жесткие" инфраструктурные ограничения по абаритам самолета могут являться определяющими при формировании нешнего облика и корректно учитываются только при условии решения адачи внутренней компоновки самолета;
разработаны процедуры компоновки различных типов ЛА при жестких" инфраструктурных ограничениях, такие как компоновка СВВП с различным сочетанием количества и типов агрегатов силовой установки, а акже компоновки транспортных СВВП и дальних магистральных самолетов;
выявленные новые связи и процедуры структурно-параметрического интеза облика самолета потребовали разработки новых алгоритмов, баз [анных, которые легли в основу созданной системы автоматизированного юрмирования облика самолета с учетом "жестких" инфраструктурных граничений.
проведенный структурно-параметрический анализ альтернативных :онструктивно-компоновочных решений позволил выявить влияние 'жестких" инфраструктурных ограничений на облик самолетов различных ипов и дать новые проектные рекомендации.Научная новизна подтверждена [евятью отечественными авторскими свидетельствами [1-9].
Перечисленные научные разработки составляют научно-методическое обеспечение, которое вносит существенный вклад в решение важной народно-хозяйственной проблемы повышения качества и сокращения стоимости и сроков проектирования перспективных самолетов и способствует ускорению научно-технического прогресса, которое и выносится на защиту.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что на базе разработанных методик, процедур и моделей создана система автоматизированного проектирования самолетов вертикального взлета и посадки, которая может быть использована в НИИ и ОКБ авиационной промышленности, обеспечивая при этом сокращение трудоемкости проектирования в 7-Ю раз при рассмотрении большего числа вариантов. Программный комплекс может быть использован и при подготовке специалистов по проектированию самолетов в авиационных учебных заведениях. Для этого написаны методические пособия и поставлены лабораторные работы, которые внедрены в четырех высших учебных заведениях, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.
Выявленные закономерности между инфраструктурными требованиями, параметрами и вариантами компоновки и характеристиками самолета могут быть использованы специалистами авиационной промышленности при разработке перспективных образцов авиационной техники. Результаты работы внедрены в двух проектных и эксплуатирующей организации, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.
Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в
АНТК им. А.Н.Туполева,
АК «Трансаэро»,
ВВИА им. НЕЖуковского,
«ОКБ им. А.С.Яковлева»,
кафедре 101 «Проектирование самолетов» МАИ,
кафедре «Конструкция самолетов» ХАИ,
кафедре 601 «Космические системы и ракетостроение» МАИ,
кафедре «Технология производства ЛА» МГАТУ им. К.Э. Циолковского, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на ряде научно-технических конференций ив организациях
Полученные в диссертации научные результаты представлены в 89 аучных трудах и опубликованы в 35 работах, в том числе в 9 научных гатьях [10,20,21,25-29,35], 9 описаниях авторских свидетельств [1-9], одном чебно-методическом пособии [17] и 16 тезисах докладов на научно-ехнических конференциях, конгрессах, форумах, семинарах и симпозиумах сероссийского и международного уровня [ 11 -16,18,19,22-24,30-34]. Различные
аспекты материалов, вошедших в диссертацию, отражены более чем в 30-ти научно-технических отчетах.
Личный вклад соискателя. Все основные научные положения от формирования идеи, постановки задачи исследования и разработки моделей до проведения исследований и структурно-параметрического анализа по выявлению влияния инфраструктурных ограничений на облик самолета разработаны автором. Также соискатель лично программировал и отлаживал исходные версии программ, вошедших в состав системы автоматизированного формирования облика самолета.
Вместе с тем соискатель считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность коллегам—сотрудникам МАИ, благодаря помощи, поддержке и советам которых соискатель выполнил данную работу.
Развитие основных научных положений полученных в диссертации другими авторами. Плодотворность разработанных соискателем методов подтверждается широким использованием его основных научных положений другими исследователями в различных областях проектирования авиационной техники. Так, в работах аспирантов: СВ. Максимова, СВ. Елина, А.Б. Аведьяна, И.А. Неганова, А.В. Продана, К.Г. Евченко, Д.А. Гагасова и других авторов успешно применены и развиты основные положения разработанной соискателем методологии в сфере своих научных интересов. Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех частей, выводов, заключения, библиографического списка и приложения. Объем работы составляет 391 страницу, включая 211 страниц текста, 106 рисунков и 15 таблиц. Список литературы содержит 156 наименований.