CC BY
37
УДК 629.7:004.925.8
В В. ВАНИ, Г.А. В1РЧЕНКО, А.Й. НЕЗЕНКО
Нацюнальний техшчний ушверситет Укра!ни "Кшвський полтехшчний iнституг iMeHi ¡горя Сжорського"
ОСОБЛИВОСТ1 ГЕОМЕТРИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ПОВЕРХН1 КРИЛА В АСПЕКТЕ ЖИТТеВОГО ЦИКЛУ Л1ТАКА
Проаналгзовано деяк особлuвосmi геометричного моделювання noeepxHi крила в acnexmi життевого циклу лтака. Запропоновано новий nidxid до формоутворення, який е перспективним для застосування в авiацiйнiй галузi, оскшьки дозволяе на еmаni проектування бшьш точно враховувати умови виготовлення та експлуатацИ крила лтака. Подан маmерiали слугують основою для розробки вiдnовiдниx структурно-параметричних геометричних моделей та комп'ютерних програмних засобiв автоматизованого конструювання.
Ключовi слова: автоматизоване конструювання, життевий цикл лтака, поверхня крила, структурно-параметричне геометричне моделювання.
В.В. ВАНИН, Г.А. ВИРЧЕНКО, А.И. НЕЗЕНКО
Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского"
ОСОБЕННОСТИ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КРЫЛА В АСПЕКТЕ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА САМОЛЕТА
Проанализированы некоторые особенности геометрического моделирования поверхности крыла в аспекте жизненного цикла самолета. Предложенный новый подход к формообразованию является перспективным для применения в авиационной отрасли, поскольку позволяет на этапе проектирования более точно учитывать условия изготовления и эксплуатации крыла самолета. Представленные материалы служат основой для разработки соответствующих структурно-параметрических геометрических моделей и программных средств автоматизированного конструирования.
Ключевые слова: автоматизированное конструирование, жизненный цикл самолета, поверхность крыла, структурно-параметрические геометрическое моделирование.
V.V. VANIN, в.А. VIRCHENKO, A.J. NEZENKO
National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
PECULIARITIES OF GEOMETRIC MODELING OF THE WING SURFACE IN THE ASPECT OF
AIRCRAFT LIFE CYCLE
Some features of geometric modeling of the wing surface are analyzed in the aspect of aircraft life cycle. The proposed new approach to shaping is promising for use in the aviation industry. This allows more accurately take into account the conditions for manufacture and operation of the aircraft wing during the design phase. The presented materials are the basis for the development of the corresponding structural-parametric geometric models and software tools for automated design.
Keywords: automated design, aircraft life cycle, wing surface, structural-parametric geometric modeling.
Постановка проблеми
Створення складно! промислово! продукци потребуе дослщження !! характеристик на р1зних етапах життевого циклу. Так, наприклад, лтгак на стади техшчно! пропозицп опрацьовуеться в польотнш конф1гурацп, пвд час тдготовки виробництва - у стапельнш конфцурацп, а на еташ експлуатацИ - в польотнш та стоянковш конфцурацп. У вс1х зазначених випадках крило лита приймае р1зну форму. У польоп шд д1ею аеродинашчних сил вигинаеться вгору, у стапельнш конф1гурацп вважаеться недеформованим, у стоянковш конфцурацп тд вагою конструкцп згинаеться вниз (див. рис. 1). Зм1нювання крила впливае на вс1 аспекти проектування лита. Однак процеси, що ввдбуваються при зазначених деформациях, вивчеш недостатньо й тому потребують ретельного подальшого дослщження, основою якого, в багатьох випадках, е геометричне моделювання.
Розробка методик автоматизованого формоутворення крила лижа для р1зних конф1гурацш на протяз1 життевого циклу, з урахуванням наявно! велико! шлькосп його конструктивно-силових елеменпв. функцюнальних систем та обладнання, становить важливу науково-прикладну задачу, розв'язання яко! дозволить суттево покращити як1сть даного складного техшчного об'екта.
Рис. 1. Форма крила жтака в р1зних конф1гуращях: 1 - стапельтй; 2 - польоттй; 3 - стоянковш
Анал1з останшх досл1джень 1 публ1кац1й
З метою щдвищення ефективносп автоматизованого конструювання промислово! продукцп, зокрема лггашв, науковою школою прикладно! геометри Нацюнального техшчного ушверситету Укра1ни «Кшвський полиехшчний шститут 1меш 1горя Сжорського» запропоновано методологш структурно-параметричного геометричного моделювання [1-9], результати яко! широко впроваджено у виробництво, наприклад, вичизняне машинобудування.
Одним 1з перспективних напрямк1в 11 подальшого розвитку е проведения наукових пошук1в щодо напрацювання нових метод1в, способ1в, прийом1в та алгорштшв автоматизованих побудов агрегапв планера лита, як1 у процес експлуатацп суттево змшюють свою форму та розм1ри щд д1ею р1зномаштних фактор1в.
Мета досл1дження
Головне завдання дано! публжацп полягае в узагальненш постановщ задач1 штегрованого структурно-параметричного геометричного моделювання поверхш крила проектованого лита з урахуванням 11 деформацш у процес експлуатацп.
Викладення основного матер1алу досл1дження
Розглянемо бшьш докладно на приклад1 крила лижа побудову модел поверхш об'екта, що суттево змшюе свою форму щд час експлуатацп
Як зазначалось вище, на стадп техшчно! пропозици здшснюеться вар1антне ггерацшне конструювання крила в польотнш конфнурацп (рис. 2).
Рис. 2. Варшнт попередньо'1 модел1 крила л1така в польоттй конф1гурацТ1
Шсля опрацювання зазначено! модел1 в аспекп р1зних напрямшв проектування (аеродинашка. мщшсть 1 т. д.) формуеться модель поверхш стапельно! конфнурацп (рис. 3). Ця модель створюеться щд час еск1зного проектування 1 призначена для розробки конструкци та технолопчного оснащення на стадп робочого проектування л1така. Вона може допрацьовуватися 1 змшюватися вщповщно до наявних конструктивно -технолопчних та шших вимог. У б1льшост1 випадшв поверхню крила у стапельнш конфнурацп прагнуть будувати л1тйчатою, оск1льки це значно спрощуе 1 здешевлюе виробництво.
Рис. 3. Крило л1така у стапельтй конф1гураци
Шсля створення моделi стапельно! конф^рацп формуеться модель уточнено! польотно! конфiгурацii крила лижа. Це необх1дно для оцiнки впливу змш, як1 були внесенi у стапельну конфиуращю. стосовно реалiзацii потрiбних тактико-технiчних характеристик несучо!' поверхнi, а також для дослвдження роботи елеменив !! механiзацii та органiв управлшня в польотi.
На завершальнiй стадп виготовлення за результатами замiрiв отриманих параметрiв форми та розмiрiв будуеться геометрична модель, актуальнiсть яко! надал1 пiдтримуеться шд час експлуатацii, що вiдповiдае стоянковому положенню крила (рис. 4). Ця модель призначена для проведения поточного аналiзу фактично! геометри лiтака у процесi його експлуатацп.
Рис. 4. Модель уточнено!" поверхт польотно! та стоянково!" конфиураци крила
Розробка поверхонь у вах розглянутих вище випадках здiйснюеться перемiщенням твiрних аеродинамiчних профiлiв уздовж напрямних, якими е вiсь жорсткостi, передня та задня кромки крила. При цьому реал1зуеться належне неоднорвдне масштабування профшв, що забезпечуе необхвдне змiнювания не ильки !х хорд, а й вщносно! товщини та угнутостi. У такий спосiб одержуемо потрiбну серединну поверхню крила. Характер його скруту визначаеться напрямними, а розташування площин поточних аеродинамiчних профiлiв - ввдповщними дотичними до осi жорсткостi як перпендикулярами до цих площин.
Шд час геометричного моделювання поверхш крила, яка зазнае сутгевих деформацiй у процеа експлуатацп на протязi життевого циклу лiтака, особливо важливо забезпечити правильну вiдповiднiсть розташування на нiй слiдiв елементiв конструктивно-силового набору (лонжерошв, нервюр тощо), функщональних систем та обладнання для вах наведених конфiгурацiй.
Поверхнi уточнено! польотно! i стоянково! конфiгурацii можна розглядати як деяке неперервне взаемне однозначне воображения у тривимiрному просторi вихвдно! параметрично! поверхнi стапельно! конфиураци крила.
Для автоматизованого конструювания зазначених поверхонь важливо точно ввдслвдковувати вiдповiднiсть параметрiв форми та розмiрiв поперечних перерiзiв (аеродинамiчних профiлiв) на поверхш крила у стапельнш, польотнiй i стоянковш конфiгурацiях, а також !х розташування та орiентацiю вздовж осi жорсткосп крила. Положения точок остаиньо! у просторi визначаються зпдно з проведеними розрахунками (аеродинамiчними, на мiцнiсть i т. д.) для певних дослвджуваиих умов експлуатацп л1така.
Оск1льки поданий вище пiдхiд до формоутворения поверхш крила на протязi життевого циклу лгака мае структурний, параметричний, варiантний та iтерацiйний характер, то здшснювати вiдповiдне автоматизоване конструюваиня варто за допомогою засобiв комп'ютерного структурно-параметричного геометричного моделювання [1-9]. Однак, проаналiзована науково-прикладна задача мае певнi описанi вище особливосп, що вимагае не тшьки покращения наявних у лiтературних джерелах методiв, спосо6Гв, прийомiв та алгоршшв формоутворения, а й розробки нових, б№ш пристосованих для успiшного виршення викладено! техшчно! проблеми.
Висновки
У данш публ^ацп подано узагальнену постановку задачi iнтегрованого автоматизованого структурно-параметричного геометричного моделювання поверхш крила на протязi життевого циклу лгака з урахуванням Г! деформацiй у процесi експлуатацп. Визначено потрiбний для цього математичний апарат, окреслено перспективнi напрямки його подальшого удосконаления та розробки належного комп'ютерного програмного забезпечення.
Список використаноТ лiтератури
1. Ванш В.В. Структурно-параметричнi геометричнi моделi як основа для узгоджено! розробки лгака на стадi! еск1зного проектування / В.В. Ваиiн, Г.А. Вiрченко, 1.В. Ванiн // Науковi вюп НТУУ "КП1". - №4(48). - К.: НТУУ "КШ", 2006. - С. 35-41.
2. Ванiн 1.В. Геометричне моделювання крила лiтака на стади еск1зного проектування з використанням кривих Безье третього порядку / 1.В. Ваиiн, Г.А. Вiрченко // Пращ Тавр. держ. агротех. академп. -Вип. 4., т. 31. - Мелгтополь: ТДАТА, 2006. - С. 89-95.
3. Ванш В.В. Деяш питания розробки обчислювальних алгоршшв структурно-параметричного моделювання складних геометричних об'екпв / В.В. Ванiн, Г.А. Вiрченко, 1.В. Ванiн // Прикл. геометрiя та iнженерна графiка. - К.: КНУБА, 2006. - Вип. 76. - С. 17-23.
4. Ваши В.В. Структурно-параметричш геометричш моделi як iнварiантна складова комп'ютерних шформацшних техиологiй пвдтримки життевого циклу виробiв машинобудувания / В.В. Ваиiн, Г.А. Вiрченко, В.В. Ванiн // Пращ Тавр. держ. агротех. академи -Мелгтополь: ТДАТА, 2007. - Вип. 4, т. 36. - С. 16-21.
5. Вiрченко Г.А. Геометричне моделювання як одна з основних складових сучасних систем автоматизованого проектування / Г.А. Вiрченко, В.В. Ванш, В.Г. Вiрченко // Прикл. геометрiя та шженерна графiка. - К.: КНУБА, 2007. - Вип. 77. - С. 129-134.
6. Ванш В.В. Структурно-параметричне геометричне моделювання як зааб тдвищення ефективносп групових технологiй у машинобудуванш / В.В. Ваиiн, Г.А. Вiрченко, В.В. Ванiн // Пращ Тавр. держ. агротех. ушверситету. - Мелгтополь: ТДАТУ, 2008. - Вип. 4, т. 39. - С. 9-17.
7. Ванш В.В. Визначення та основш положения структурно-параметричного геометричного моделювання / В.В. Ванш, Г.А. Вiрченко // Геометричне та комп'ютерне моделювання. - Харшв: ХДУХТ, 2009. - Вип. 23. - С. 42-48.
8. Ванш В.В. Структурно-параметричш геометричш моделi як зааб штеграци автоматизованого проектування сучасного лгтака / В.В. Ванш, Г.А. Вiрченко // Вюник ХНТУ. - Херсон: ХНТУ, 2014. -Вип. 3(50). - С. 571-574.
9. Ванш В.В. Комп'ютерш структурно-параметричш геометричш моделi як засоби конструкторсько-технолопчно! оптимiзацil лгтака / В.В. Ванiн, Г.А. Вiрченко, О.В. Збруцький // Мехаиiка проскошчних систем. - Ки!в: НТУУ "КП1", 2014. - Вип.27. - С. 111-119.
