Программные продукты и системы

В настоящее время российская авиационная промышленность работает над восстановлением позиций в области мировых авиаперевозок, достигнутых в советский период, и в долгосрочной перспективе планирует войти в пятерку лидеров мирового коммерческого авиастроения. Ведутся работы по созданию современных отечественных воздушных судов (ВС), имеющих широкие эксплуатационные возможности, и перспективного семейства ВС, которые займут место в самом востребованном сегменте на мировом рынке – сегменте магистральных ВС [1]. Линейка ВС должна включать различные модификации, отличающиеся пассажировместимостью, дальностью, характеристиками пассажирского салона в соответствии с требованиями заказчика, поэтому производителю необходимо иметь ориентированный на клиента подход к ее разработке. Сложность процессов проектирования, которой отличается магистральное ВС и, в частности, его фюзеляж, являющийся вместилищем полезной нагрузки и подвергающийся существенным изменениям в ходе создания модификаций, не позволяет эффективно осуществлять проектирование без использования САПР [2].

На текущий момент большинство комплексных САПР (CATIA, ProEngineer, SolidWorks и т.д.), включающих в свой состав подсистемы геомет- рического моделирования (CAD), инженерных расчетов (CAE), технологической подготовки производства (CAM), неспециализированные (не имеют четкого определения объекта проектирования, решают проблемно-ориентированные задачи [3]), и результат работы в них практически не оказывает глобального влияния на технико-экономические показатели разрабатываемого ВС.

Таким образом, для рационального проектирования с использованием САПР на стадии раз- работки концепции будущего ВС нерешенной остается задача разработки специализированных программных модулей САПР (CAD и CAE), отличающихся от готовых универсальных программных модулей четким определением объекта проектирования (фюзеляж) [4].

Предлагаемый метод автоматизированного проектирования фюзеляжа магистрального ВС, основанный на использовании программы для автоматизированного проектирования фюзеляжа магистрального ВС, разработанной с помощью интегрированной среды разработки Microsoft Visual Studio 2010 на объектно-ориентированном языке программирования высокого уровня C# [5], включает в себя реализацию информационного (банк данных), прикладного программного и алгоритмического (частные алгоритмы расчета отдельных групп характеристик) обеспечения. На основе анализа летно-технических и эксплуатационных требований, предъявляемых заказчиком, сформированы отдельные группы характеристик, оказывающие решающее влияние на проектирование фюзеляжа [6]: конструктивно-геометрические [7], массовые [8], режимные, аэродинамические, прочностные, эргономические.

Разработаны общий алгоритм метода автомати- зированного проектирования фюзеляжа маги- стрального ВС (рис. 1) с учетом вышеуказанных требований, а также частные алгоритмы расчета вышеуказанных групп характеристик (рис. 2).

Для программной реализации разработанного метода выбрано объектно-ориентированное программирование в связи с тем, что оно позволяет использовать абстракцию данных и предоставляет системе возможность развиваться даже в случае изменения необходимых для расчета групп характеристик [9]. Входные данные задаются проектировщиком или техническим заданием на проектирование от заказчика с возможностью формирования банка данных.

Программная реализация предложенного метода осуществляется посредством отдельных модулей программы для расчета вышеуказанных групп характеристик (см. http://www.swsys.ru/uploaded/image/2016_2/2016-2-dop/3.jpg).

По окончании работы программы возможен вывод на печать основных параметров групп характеристик в аналитической и графической интерпретации, полученных на этапе предварительного проектирования (рис. 3).

После каждого этапа расчета определенной группы характеристик пользователь в диалоговом режиме принимает решение о соответствии полученных характеристик указанным в техническом задании на проектирование. При положительном решении система приступает к следующему этапу расчета, при отрицательном возвращает пользователя на предыдущий этап для пересчета.

В соответствии с рассчитанным набором характеристик (конструктивно-геометрических, массовых, режимных, аэродинамических, прочностных) программа генерирует 3D-модель проектируемого фюзеляжа ВС с помощью не зависимого от языка программирования кроссплатформенного программного интерфейса – OpenGL (открытая графическая библиотека) (рис. 4), с возможностью экспортирования 3D-модели в САПР «Компас» (горизонтальное меню). Взаимодействие программного средства с САПР «Компас» осуществляется посредством технологии API (Application Programming Interface), которая предоставляет набор процедур и функций для управления данной САПР.

Установив флажок рядом с подписью «Показать компоновку» графического интерфейса программы, пользователь визуализирует компоновку пассажирского салона, полученную по результатам расчета эргономических характеристик с помощью OpenGL [10] (рис. 5).

Таким образом, осуществлена разработка специализированного прикладного ПО для его использования на стадии предварительного проектирования, когда принимаются концептуальные решения, позволяющего

-      получить набор рациональных характеристик (конструктивно-геометрических, массовых, режимных, аэродинамических, прочностных, эргономических) фюзеляжа ВС без необходимости построения моделей проектируемого изделия в нескольких системах;

-      осуществить компоновку пассажирского салона ВС по полученному набору характеристик на основе заданной пассажировместимости (обратная задача проектирования), что обеспечивает возможность создания семейства ВС различных модификаций, отличающихся дальностью, характеристиками пассажирского салона в соответствии с требованиями заказчика;

-      построить 3D-модель проектируемого фюзеляжа ВС с помощью не зависимого от языка программирования кроссплатформенного програм- много интерфейса – OpenGL (открытая графи- ческая библиотека) для дальнейшего проведения физического моделирования воздействия воздушной среды на ВС;

-      посредством API-подключаемых модулей осуществить взаимодействие программного средства с UnigraphicsNX (NX OpenAPI), SolidWorks (API) и другими САПР для экспорта модели;

-      сохранять данные о полученных параметрах фюзеляжа в XLS-формате.

Кроме того, разработанное ПО позволяет выводить на печать основные параметры групп характеристик в аналитической и графической интерпретации, а также модернизировать и наращивать его функциональные возможности, а при создании математических моделей других компонентов и внутреннего оборудования автоматизировать проектирование всего ВС благодаря концеп- ции объектно-ориентированного программирования.

Литература

1.     Припадчев А.Д. Проблемы и перспективы развития парка воздушных судов гражданской авиации Российской Федерации // Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2010. № 1. С. 8–12.

2.     Raymer D.P. Aircraft design: a conceptual approach. American Institute of Aeronautics and Astronautics Publ., Washington, 1992, p. 391.

3.     Припадчев А.Д., Горбунов А.А. Использование технологий САПР при проектировании сложных технических авиационных изделий (тезисы) // Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике: сб. стат. междунар. науч.-прак- тич. конф. Высокие технологии, экономика, промышленность. Т. 1. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. С. 50–52.

4.     Куприков М.Ю. Автоматизация проектно-конструкторских работ – фундаментальный фактор обеспечения качества жизненного цикла изделий в машиностроении // Новые информационные технологии: Тез. докл. Х Юбилейной междунар. студ. школы-семинара. М.: Изд-во МГИЭМ, 2002. С. 48–53.

5.     Иванова Г.С., Ничушкина Т.Н., Пугачев Е.К. Объектно-ориентированное программирование: учеб. для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 368 с.

6.     Егер С.М., Мишин В.Ф., Лисейцев Н.К. и др. Проекти- рование самолетов: учебник для вузов. М.: Логос, 2005. 648 с.

7.     Комаров В.А. Весовой анализ авиационных конструкций: теоретические основы // Полет. 2000. № 1. С. 31–39.

8.     Кузнецов А.С. Выбор геометрических параметров самолета интегральной схемы на основе высокоточного математического моделирования // Изв. Самарского науч. центра РАН. 2011. Т. 13. № 1 (2). С. 318–321.

9.     Маклафлин Б., Поллайс Г., Уэст Д. Объектно-ориентированный анализ и проектирование. СПб: Питер, 2013. 608 с.

10.  Shannon R. Systems simulation modeling. The art and science. Prentice Hall Publ., 1975, 387 p.