飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（羅漳平）第03講-設(shè)計(jì)方法-2

1、飛機(jī)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)第三講一、CAD系統(tǒng)的概念2.4 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)Computer Aided Design利用計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備和圖形輸入、輸出設(shè)備解決設(shè)計(jì)問題的一種先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法二、 CAD技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用到各種工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域及產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的各個(gè)專業(yè)例如：總體設(shè)計(jì)、氣動設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等三、 CAD系統(tǒng)的組成CAD系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備、圖形輸入輸出設(shè)備等應(yīng)用軟件通用支撐軟件系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析，氣動分析等；還包括自編軟件硬件軟件如實(shí)體造型，運(yùn)動機(jī)構(gòu)造型，數(shù)據(jù)管理、技術(shù)文件生成等主要是指用于計(jì)算機(jī)管理、維護(hù)、控制等方面的軟件 CAM計(jì)

2、算機(jī)輔助制造, computer aided manufacturing- 是指利用計(jì)算機(jī)對制造過程進(jìn)行規(guī)劃、管理和控制。 CAD/CAM集成系統(tǒng) - 將CAD與CAM結(jié)合在一起。四、 CAD/CAM 集成系統(tǒng) 波音公司成功地在波音727，波音737，波音767等型號上推廣應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)，縮短了新型客機(jī)的研制周期。B777實(shí)現(xiàn)無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。我國60年代開始應(yīng)用CAD設(shè)計(jì)技術(shù)自80年代開始，我國應(yīng)用集成技術(shù)把各個(gè)應(yīng)用程序、軟件包、圖形軟件等按照飛機(jī)設(shè)計(jì)要求集成起來，形成了多功能、自動化程序流程的飛機(jī)設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)-CAADMM。之后又開發(fā)了集成化程度更高、更為先進(jìn)的交互式飛機(jī)研制集成系統(tǒng)CI

3、MS,并已在型號開發(fā)中得到應(yīng)用。2.5 并行工程CE并行工程方法的形成過程：系統(tǒng)工程方法系統(tǒng)工程方法的開展計(jì)算機(jī)技術(shù)80年代中期出現(xiàn)了并行工程方法并行工程是一種具有普遍適用性的系統(tǒng)方法和哲理下面簡要介紹并行工程的根本原理和實(shí)施要素一、并行工程的根本原理并行工程的定義根本原理并行工程方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的主要差異并行工程的特點(diǎn)并行工程所帶來的效益并行工程的定義并行工程 是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)各過程包括制造和保障過程的系統(tǒng)方法，這種方法要求開發(fā)人員在設(shè)計(jì)一開始就考慮產(chǎn)品在全壽命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢的所有因素，包括質(zhì)量、本錢、進(jìn)度方案和用戶要求。并行工程的根本原理并行工程是對產(chǎn)品及其相

4、關(guān)各過程設(shè)計(jì)-生產(chǎn)-使用和保障實(shí)行集成的并行的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與并行工程方法比照表并行工程方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的主要差異內(nèi) 容傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并行工程方法設(shè)計(jì)內(nèi)容將產(chǎn)品分成一系列獨(dú)立的專業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，各階段序列進(jìn)行強(qiáng)調(diào)各專業(yè)領(lǐng)域的綜合，并在產(chǎn)品方案階段就將全壽命周期各階段的要素綜合進(jìn)去設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)時(shí)著重于滿足產(chǎn)品性能要求，對生產(chǎn)、使用和保障考慮不足全面考慮人的因素，人與人之間的合作，而且還考慮全局產(chǎn)品信息模型的集成，以及集信息共享、保障過程、開發(fā)過程于一體的全局集成內(nèi) 容傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并行工程方法工程效果后續(xù)過程對前行過程信息反饋太遲，在生產(chǎn)、使用和保障階段存在大量問題，引起設(shè)計(jì)方案多次修改，導(dǎo)致多次

5、返工、進(jìn)度計(jì)劃拖延、費(fèi)用增加，甚至?xí)拐麄€(gè)產(chǎn)品尚在設(shè)計(jì)階段就夭折后續(xù)過程在前行過程中就已經(jīng)考慮，綜合各階段專家的意見，將生產(chǎn)、使用和保障階段存在的大量問題，在設(shè)計(jì)方案時(shí)進(jìn)行綜合考慮，因此能降低費(fèi)用，并且產(chǎn)品容易成功產(chǎn)品質(zhì)量容易造成產(chǎn)品工藝性不好，使用維護(hù)特別費(fèi)時(shí)費(fèi)力，報(bào)廢量增加等問題，導(dǎo)致產(chǎn)品效能低下，全壽命周期費(fèi)用增加容易避免因產(chǎn)品工藝性不好導(dǎo)致使用維護(hù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、報(bào)廢量增加等問題，全壽命周期費(fèi)用減少并行工程與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比較內(nèi) 容傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并行工程方法工藝性能產(chǎn)品圖紙出來以后才進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，往往造成完全針對某個(gè)型號形成一條生產(chǎn)線，缺乏靈活性，不能適應(yīng)改型及其它型號的生產(chǎn)要求，使工裝費(fèi)增加在

6、產(chǎn)品圖紙之前已經(jīng)進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)，具有設(shè)計(jì)的主動性和靈活性并行工程與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比較并行工程的特點(diǎn)1、并行工程不是指同時(shí)地或交錯地完成設(shè)計(jì)和生產(chǎn)任務(wù)，它不要求在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的同時(shí)就進(jìn)行生產(chǎn)，而是要求所有的設(shè)計(jì)工作包括生產(chǎn)設(shè)計(jì)、使用維護(hù)設(shè)計(jì)、運(yùn)輸設(shè)計(jì)等等，要在生產(chǎn)開始前完成。并行工程的特點(diǎn)2、并行工程也不能隨意消除一個(gè)完整工程過程中現(xiàn)存的、順序的、向前傳遞信息的任一必要階段，如概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、全面研制，以及必要的工程分析、試驗(yàn)等。3、并行工程不要求保險(xiǎn)設(shè)計(jì)，它通過優(yōu)化大量過程，以較低的費(fèi)用使零件到達(dá)預(yù)定目標(biāo)而獲得產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。它允許零件帶有某些制造偏差，費(fèi)用低。保險(xiǎn)設(shè)計(jì)靠減少零件、冗余技術(shù)、緊

7、公差等方法達(dá)成產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性，保險(xiǎn)設(shè)計(jì)零件外表加工講究，公差嚴(yán)格，本錢高。4、并行工程不是執(zhí)行一種近于保守的嚴(yán)格測試制度，而是試圖采用設(shè)計(jì)方案一次通過測試的方法來代替重復(fù)測試和周期試驗(yàn)。保守測試是通過有方案、重復(fù)的測試和周期試驗(yàn)達(dá)成產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。并行工程所帶來的效益1、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，使早期生產(chǎn)中的修改減少50%以上。2、縮短開發(fā)周期，設(shè)計(jì)與相關(guān)過程并行進(jìn)行，開發(fā)周期縮短40%-60%。3、降低全壽命周期費(fèi)用，多專業(yè)協(xié)同開發(fā)，僅生產(chǎn)費(fèi)用可降低30%-40%。4、優(yōu)化開發(fā)過程，使產(chǎn)品報(bào)廢和工作反復(fù)減少75%。產(chǎn)品全壽命周期費(fèi)用是指產(chǎn)品在全壽命周期各個(gè)階段所發(fā)生的所有費(fèi)用之和。產(chǎn)品全壽命周期一

8、般分為五個(gè)大的階段產(chǎn)品全壽命周期的五個(gè)階段概念設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證全面研制生 產(chǎn)使用和保障稱為 設(shè)計(jì)階段稱為 產(chǎn)品的開發(fā)對飛機(jī)來講，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對應(yīng)于方案研制后期和全面研制階段。二、產(chǎn)品的全壽命周期費(fèi)用LCC圖2-10 全壽命周期費(fèi)用(LCC)分布圖各階段對全壽命周期費(fèi)用的影響見以下圖所示1全壽命周期費(fèi)用的95%在設(shè)計(jì)階段已經(jīng)決定。2實(shí)際花費(fèi)僅占全壽命周期費(fèi)用7%的早期設(shè)計(jì)階段概念設(shè)計(jì)和方案設(shè)計(jì)已經(jīng)決定了全壽命周期費(fèi)用的85%。3生產(chǎn)費(fèi)用與使用和保障費(fèi)用之和占全壽命周期費(fèi)用的絕大多數(shù)。從上圖可見要有效地降低飛機(jī)的全壽命周期費(fèi)用，應(yīng)從二方面著手：降低飛機(jī)全壽命周期費(fèi)用的有效方法減少生產(chǎn)費(fèi)用降低使用和保障費(fèi)用

9、最根本的方法是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，在設(shè)計(jì)階段就要考慮可生產(chǎn)性，以便利用現(xiàn)有的材料、設(shè)備和工藝。影響使用和保障費(fèi)用的關(guān)鍵因素是可靠性和可維護(hù)性，而可靠性和可維護(hù)性主要是由設(shè)計(jì)決定的，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)對可靠性和可維護(hù)性予以充分考慮。為了提高飛機(jī)效能，降低全壽命周期費(fèi)用，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮性能、可生產(chǎn)性、可靠性、可維護(hù)性，以及其它方面的要求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不能適應(yīng)這一要求，而并行工程方法正是為適應(yīng)這一要求產(chǎn)生的。并行工程的實(shí)施沒有固定的模式。并行工程強(qiáng)調(diào)綜合，其具體實(shí)施表達(dá)在如下四個(gè)方面：1. 持續(xù)與用戶保持聯(lián)系，重視滿足用戶要求。及時(shí)了解和記錄用戶的需求，并進(jìn)行技術(shù)要求分析與分解，使各領(lǐng)域?qū)?/p>

10、術(shù)要求取得一致的認(rèn)識，共同完成目標(biāo)。(-對應(yīng)于 獲取信息)三、并行工程的實(shí)施要素必須建立起適合于并行工程的管理體制、機(jī)構(gòu)和科學(xué)的管理方法，甚至可能涉及較深層的體制改革。 在 產(chǎn)品早期設(shè)計(jì)階段，信息不完全性和不確定性的程度高，但是開發(fā)人員應(yīng)該就產(chǎn)品方案及時(shí)達(dá)成共識，對產(chǎn)品的效能、全壽命周期費(fèi)用、進(jìn)度等進(jìn)行權(quán)衡，并作出決策。這時(shí)應(yīng)用質(zhì)量功能配置QFD、面向制造的設(shè)計(jì)DFM、面向裝配的設(shè)計(jì)DFA、成組技術(shù)等質(zhì)量工程方法 進(jìn)行決策、優(yōu)化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及過程參數(shù)設(shè)計(jì)。(-對應(yīng)于 總體設(shè)計(jì)階段信息的分析技術(shù)) 3. 建立適用于多專業(yè)人員協(xié)同工作的環(huán)境和工作方法。產(chǎn)品的效能、全壽命費(fèi)用、開發(fā)周期等主要是由設(shè)計(jì)階

11、段決策所決定的，所以在設(shè)計(jì)階段不僅要考慮產(chǎn)品性能上的要求，還要考慮生產(chǎn)、使用和保障諸階段的要求。根據(jù)實(shí)際需要，建立多種形式的，由涉及產(chǎn)品全壽命周期各個(gè)時(shí)期的專家組成的聯(lián)合工作集體協(xié)同工作，能夠促進(jìn)產(chǎn)品全壽命周期各個(gè)階段的信息交流，改善產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計(jì)決策過程。(-對應(yīng)于 能分析信息的人)例1：F-22的研制過程中，建立了上百個(gè)綜合產(chǎn)品研制小組的聯(lián)合工作集體，使F-22后期的設(shè)計(jì)更改工作減少了50%。新一代波音737飛機(jī)研制模式例2：并行工程應(yīng)用于 復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。三、并行工程的實(shí)施要素2三、并行工程的實(shí)施要素34. 不斷開展相關(guān)的支撐技術(shù)，支持產(chǎn)品及其過程設(shè)計(jì)的集成。利用集成計(jì)算機(jī)輔助工具和

12、技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)開發(fā)設(shè)計(jì)人員相互之間的通信，及時(shí)提供設(shè)計(jì)決策所需要的信息，以便開發(fā)人員利用相應(yīng)的工具和信息，及時(shí)完成產(chǎn)品及其過程的設(shè)計(jì)與評價(jià)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品及其過程設(shè)計(jì)的集成。(-主要對應(yīng)于 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段信息的分析工具)并行工程的計(jì)算機(jī)環(huán)境 是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、決策支持技術(shù)、通信技術(shù)、軟件工程、數(shù)據(jù)庫集成技術(shù)、知識處理和人工智能技術(shù)、組織技術(shù)等多種技術(shù)的支持下，在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立包括信息集成、開發(fā)集成、保障過程集成、管理集成的全局綜合系統(tǒng)。-虛擬環(huán)境四、并行工程的計(jì)算機(jī)環(huán)境建立并行工程的計(jì)算機(jī)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)和技術(shù)的集成、各種計(jì)算機(jī)輔助工具的集成、各種信息的集成，最終實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)的集成。美國從80年代就開始

13、了在計(jì)算機(jī)環(huán)境下實(shí)施并行工程的對策研究，并制定了相應(yīng)的方案和標(biāo)準(zhǔn)。DICE是美國國防部防御高級研究工程局制定的并行工程倡導(dǎo)方案，該方案提出開發(fā)以計(jì)算機(jī)為根底的各種效勞，以形成一個(gè)集成的信息管理環(huán)境和決策支持環(huán)境。CALS是美國國防部為武器系統(tǒng)的開發(fā)所制定的執(zhí)行并行工程的方案和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，用于武器系統(tǒng)的獲取及綜合后勤保障諸過程中技術(shù)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、存取、管理、分布和使用。四、并行工程的計(jì)算機(jī)環(huán)境2.6 主動控制技術(shù)及自適應(yīng)結(jié)構(gòu)與智能結(jié)構(gòu)一、主動控制技術(shù)主動控制技術(shù) 在飛機(jī)設(shè)計(jì)一開始就考慮飛行自動控制系統(tǒng)的作用，這樣做，可將飛機(jī)設(shè)計(jì)成靜不定、用自動控制系統(tǒng)使其穩(wěn)定，可重新布局的外形和結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的飛機(jī)設(shè)

14、計(jì)方法是將飛機(jī)控制系統(tǒng)放在次要的、附屬的地位，在總體設(shè)計(jì)時(shí)，僅考慮氣動力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和發(fā)動機(jī)三大因素。主動控制技術(shù)的應(yīng)用：已經(jīng)在一些軍用飛機(jī)和民用飛機(jī)上得到應(yīng)用，如 F-14、F-15、F/A-18，幻影2000、A-320等。主動控制技術(shù)的綜合設(shè)計(jì)框圖見圖2-11。任務(wù)、性能要求飛機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求其它要求氣動外形設(shè)計(jì)動力裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)裝載布局設(shè)計(jì)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜 合 比 較飛 機(jī) 型 式設(shè)計(jì)結(jié)果最正確設(shè)計(jì)結(jié)果反復(fù)屢次、逐步完成圖2-11 主動控制技術(shù)的綜合設(shè)計(jì)框圖已用的和正在開展的主動控制技術(shù)主要有以下幾種：1、放寬靜穩(wěn)定性 2、機(jī)動載荷控制 3、直接力控制4、顫振主動控制 5、飛行包線擴(kuò)大

15、與限制 6、乘員品質(zhì)改善和陣風(fēng)減緩這局部內(nèi)容只作一般了解，不具體講述。主動控制技術(shù)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用：自適應(yīng)結(jié)構(gòu)：是一種隨使用條件變化自動調(diào)整自身的幾何形狀，從而使飛機(jī)在整個(gè)飛行包線范圍內(nèi)獲得最正確性能的結(jié)構(gòu)。 自適應(yīng)結(jié)構(gòu)可看作是主動控制技術(shù)的一種應(yīng)用。結(jié)構(gòu)(感受鼓勵)傳感器信號處理 器專 用計(jì)算機(jī)控制器驅(qū)動器結(jié)構(gòu)(發(fā)生調(diào)整)自適應(yīng)結(jié)構(gòu)的根本組成自適應(yīng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用自適應(yīng)機(jī)翼自適應(yīng)起落架變后掠機(jī)翼：實(shí)現(xiàn)層流控制變彎度機(jī)翼：改善升阻比二、自適應(yīng)結(jié)構(gòu)智能結(jié)構(gòu)中的傳感器： 電傳感器、光傳感器、壓電陶瓷制成的傳感器、形狀記憶合金制成的傳感器等幾種類型。智能結(jié)構(gòu)：能夠?qū)Νh(huán)境狀態(tài)因素如力、熱、聲、電磁波等及其對

16、結(jié)構(gòu)的刺激產(chǎn)生感知，并自動作出反響以適應(yīng)環(huán)境。 也就是說，它除了具有結(jié)構(gòu)功能外，還兼有自我探測、自我判斷、自作結(jié)論或發(fā)出指令，并采取行動的功能。結(jié)構(gòu)(感受鼓勵)傳感器信號處理 器專 用計(jì)算機(jī)控制器驅(qū)動器結(jié)構(gòu)(發(fā)生調(diào)整) 智能結(jié)構(gòu)的根本組成三、智能結(jié)構(gòu)智能結(jié)構(gòu)的分類智能蒙皮結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控自適應(yīng)結(jié)構(gòu)智能結(jié)構(gòu)中的驅(qū)動器有： 機(jī)電式、液壓式、壓電陶瓷制成的驅(qū)動器、形狀記憶合金制成的驅(qū)動器等幾種類型。智能結(jié)構(gòu)的分類： 將電子元件、光纖等組分復(fù)合入蒙皮內(nèi)，以感受外部電磁、氣流、溫度等信號，并發(fā)生反響，以起到隱身、降阻、減重等效果。對結(jié)構(gòu)的損傷及時(shí)探測、定位和作出評價(jià)，如果損傷到達(dá)臨界狀態(tài)，能發(fā)出警告，提示對部件進(jìn)行修理或更換。甚至還能對損傷進(jìn)行自抑制和自愈合，或是改變形狀和剛度。智能結(jié)構(gòu)總 結(jié) 并 行 工 程 的重點(diǎn)內(nèi)容并行工程的根本原 理并行工