SSJ 100 стал первым гражданским самолетом в России, спроектированным полностью по безбумажной технологии

SSJ 100 стал первым гражданским самолетом в России, спроектированным полностью по безбумажной технологии
SSJ 100 стал первым гражданским самолетом в России, спроектированным полностью по безбумажной технологии
SSJ 100 стал первым гражданским самолетом в России, спроектированным полностью по безбумажной технологии
Фото: minec.khabkrai.ru

Из воспоминаний Александра Долотовского, заместителя 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.

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.

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.

  «Еще одно направление, на котором хотелось бы заострить внимание, — это разработка алгоритмов управления системами воздушного судна, особенно с учетом требований сертификации по отказобезопасности конструкции гражданского самолета, — говорит Александр Долотовский. — Здесь широкое использование математического моделирования — единственный путь к успешному результату за разумные сроки и бюджет. Использование сложных математических моделей (под сложными мы понимаем модели с высокой степенью детализации на уровне системы-подсистемы и там, где необходимо, компонента систем) позволяет построить увязанную цепочку требований от уровня самолета до уровня компонента системы, которая минимизирует субъективный элемент при принятии решения в разработке до разумного минимума, тем существенно повышает качество работы конструктора».

Таким образом, при разработке SSJ100 была внедрена не просто замена бумажных чертежей на электронные модели в 2D- и 3D-системах проектирования, а системный подход к проектированию, когда проектное решение проверяется моделированием на каждом уровне разработки еще до начала изготовления физического компонента / подсистемы / системы / прототипа самолета.

Испытания же на каждом уровне предназначались не для поиска решений, а для подтверждения полученных результатов и валидации используемых математических моделей.

Видимым результатом использования такого подхода стало то, что в поведении самолета и его систем в ходе летных испытаний количество открытий было сведено к минимуму. Характеристики самолета не изучались, а подтверждались.

Преимущество цифровых технологий — возможность для инженера-разработчика понять, прочувствовать процессы, происходящие с конструкцией уже на этапе разработки через методы трехмерной визуализации в цифровой модели. В результате этого понимания доводка конструкции производится на ранних этапах проектирования, что существенно сокращает этап доводочных испытаний самолета и требует гораздо меньше доработок, чем в доцифровую эпоху.

В результате, первые «полеты» самолета SSJ100 в самых разных, в том числе критических, с точки зрения устойчивости и управляемости режимах, выполнялись задолго до первого вылета реального прототипа 95001, состоявшегося 19 мая 2008 года. Для этого в ГСС построили два стенда полунатурного моделирования — пилотажный стенд и стенд «Электронная птица».

SSJ100 — вторая в мире программа, после Airbus А320, где философия кабины перестроена под использование боковой ручки вместо штурвала. И сейчас только Airbus и ГСС владеют   этой технологией в равной степени, что отмечают все эксплуатанты SSJ100.

Первый вылет SSJ100 по программе сертификационных испытаний состоялся 1 ноября 2008 года, а программа завершилась всего двумя годами позднее, 31 декабря 2010 года. Летчики провели около 1 000 полетов на четырех прототипах. В прежнее время только доводочная программа гражданского самолета, случалось, занимала пять и более лет. Сократились сроки доводки и испытаний самолетов, что позволило снизить себестоимость программы (не только за счет экономии на керосине и сокращения циклов техобслуживания перед каждым вылетом, но и за счет снижения объемов дорогостоящих доработок уже построенного прототипа). Выросло качество и безопасность полетов, поскольку пилоты были заранее осведомлены о большинстве возможных проблемных моментов.

Благодаря использованию современных суперкомпьютерных технологий, центр тяжести задач в физическом эксперименте переносится с поиска решения на верификацию расчетного результата.

Смогут ли компьютеры полностью заменить полеты? И Александр Долотовский, и Владимир Бирюков утверждают, что на данном этапе развития технологий — нет . Главное ограничение любого, даже самого совершенного, тренажера — это то, что он всего лишь тренажер. Его возможности ограничены точностью моделирования, которую необходимо подтверждать в реальном эксперименте.

Реальный экономический эффект от использования безбумажных технологий — в существенном росте качества проектирования, кратно сокращающем этапы доводки самолета, на этапе постройки и начала испытаний реальных прототипов.

Александр Долотовский :

— Один из расхожих мифов эффекта цифровизации жизненного цикла самолета — что кратное удешевление стоимости всех процессов жизненного цикла происходит за счет сокращения потребных инженерных ресурсов. Это не так.

Один компьютер, даже самый мощный, не заменяет несколько инженеров. По-прежнему для принятия решения необходим человек с соответствующим опытом и квалификацией.

Более того, наличие необходимого количества квалифицированных специалистов в конструкторском бюро является обязательным требованием авиационных властей для поддержания действия сертификата разработчика и сертификата производителя.

Реальный источник экономии — в другом. Использование сложных математических моделей позволяет реально управлять рисками при принятии технических решений на всех этапах жизненного цикла проекта для исключения дорогостоящих итераций на этапах постройки или испытаний прототипа. Для этого профильным инженерам необходимы сложные и верифицированные математические модели и инструменты 3D-проектирования, заменяющие физические макеты и позволяющие прочувствовать конструкцию через проведение цифровых испытаний принятых технических решений до, а не после постройки прототипа.

Источник: «ГОРИЗОНТЫ», №1 (17), 2018

 
По теме
Юлия Котолевская (слева), Любовь Мороз (в центре) и Ирина Шеремьёва считают, что модельная библиотека может изменить жизнь целого поселения Последнее время жительница Эльбана Ирина Бондаренко зачастила в библиотеку.
Чудеса случаются - Районная библиотека В рамках проекта «Расскажи мне сказку» (сказкотерапия, для детей с интеллектуальными нарушениями) АНО ПКИ «Лига Книголюбов» был организован и проведен конкурс творческих работ «Мой любимый сказочный герой».
Районная библиотека
Талантливых артистов выпускает Детская школа искусств района имени Лазо - Министерство культуры Фото: Пресс-служба министерства культуры края В рамках выездного расширенного заседания правительства края под руководством губернатора Михаила Дегтярева одно из старейших учреждений культуры района имени Лазо – Детск
Министерство культуры