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Das Hauptaugenmerk liegt auf einer optimalen Konstruktion der Flugzeugzelle im Hinblick auf die Effizienz. Einerseits zielen diese Designziele darauf ab, die Umweltbelastung und die Betriebskosten zu senken. Andererseits können die Flugzeuge bei gleichbleibender Treibstoffkapazität über einen längeren Zeitraum in größeren Höhen operieren. Außerdem arbeiten die Ingenieure daran, die Gewichtsverteilung zu verbessern, um die Balance und die Gesamtleistung des Flugzeugs zu optimieren.
Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung von elektrisch angetriebenen Flugzeugen, die einzigartige Herausforderungen und Möglichkeiten bieten. Die Verbesserung der Batteriedichte und der Wärmeableitung ist entscheidend für die Maximierung der Effizienz und Zuverlässigkeit von elektrischen Antriebssystemen.
Darüber hinaus ist die Erforschung alternativer Treibstoffquellen wie Wasserstoff und innovativer Flugzeugkonfigurationen, wie z.B. verstrebte oder gemischte Tragflächen, ein wichtiges Ziel auf dem Weg zu einer nachhaltigen Luftfahrt.
Die Hersteller stehen vor erheblichen Problemen bei der Konstruktion von Flugzeugen
Mit zunehmender Komplexität der Konstruktion stehen die Hersteller vor strukturellen Herausforderungen bei der Konstruktion und Analyse von Flugzeugstrukturen, die Effizienz und Innovation behindern. Ein Hauptproblem ist die unzusammenhängende Natur der Design- und Analyseteams, die oft isoliert arbeiten, was zu Nacharbeit und Ineffizienz führt und sich letztendlich auf den gesamten Entwicklungsprozess und den Erfolg des Programms auswirkt.
Darüber hinaus verschwenden Ingenieure wertvolle Zeit mit der manuellen Extraktion von Daten und der Erstellung von Berichten, während sie sich mit dem Entwurf und der Analyse von Flugzeugstrukturen befassen – ein Prozess, der durch Automatisierung rationalisiert werden sollte, um Ressourcen für höherwertige Arbeiten freizusetzen. Diese Herausforderung unterstreicht den Bedarf an innovativen Lösungen, die die Effizienz und Produktivität der technischen Arbeitsabläufe verbessern können.
Das Fehlen miteinander verbundener Tools erschwert die schnelle Erkundung alternativer Entwurfsoptionen und führt zu einem Mangel an Analysefunktionen, die für die schnelle Prüfung und Optimierung von Entwürfen unerlässlich sind.
Darüber hinaus kann es den Entwicklungsprozess erheblich erschweren und in die Länge ziehen, wenn man sich mit den unterschiedlichen Eingaben und spezifischen Anforderungen der verschiedenen am Programm beteiligten Akteure auseinandersetzen muss.
Letztendlich führt das Vorherrschen unverbundener Systeme zu Ineffizienzen und Fehlern, was die Notwendigkeit eines einheitlichen, digitalisierten End-to-End-Prozesses unterstreicht, um Arbeitsabläufe zu optimieren und neue Innovationsstufen in der Flugzeugstrukturentwicklung zu erschließen.
Die hohen Kosten der Flugzeugstrukturentwicklung und -analyse und ihre Auswirkungen auf die einmaligen Kosten
Die Komplexität von Flugzeugen kann ein vielschichtiger Aspekt sein, der je nach Flugzeugklasse variiert. In einem vereinfachten Modell können wir drei Hauptklassen mit zwei Extremen und einer Klasse in der Mitte betrachten. Die erste Klasse ist ein Geschäftsreiseflugzeug mit einem relativ hohen Grad an Komplexität bei Leitwerk, Flügeln, Rumpf und Steuerflächen. Bei der mittleren Klasse handelt es sich um ein Schmalrumpf-Verkehrsflugzeug, das sich durch eine noch höhere Komplexität bei allen Komponenten auszeichnet. Am anderen Ende der Skala steht schließlich ein Mehrzweck-Kampfflugzeug, das sich durch die höchste Komplexität seiner verschiedenen Komponenten auszeichnet.
Es ist wichtig hervorzuheben, dass die Konstruktion der Flugzeugstrukturen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der gesamten einmaligen Kosten eines Flugzeugs spielt. Für die verschiedenen Flugzeugklassen, einschließlich kleiner Geschäftsflugzeuge, Verkehrsflugzeuge und Kampfflugzeuge, kann der prozentuale Anteil der strukturellen Einmalkosten innerhalb einer bestimmten Bandbreite variieren. Um einen Richtwert festzulegen, wird geschätzt, dass die Konstruktion von Flugzeugstrukturen für eine kommerzielle Fluggesellschaft bis zu 65 Prozent ausmachen kann1 aller einmaligen Gesamtkosten.
Trotz möglicher Unterschiede, die je nach Klasse zu beobachten sind, kann die Bedeutung einer gründlichen Konstruktion, Analyse und Prüfung der Flugzeugstruktur nicht hoch genug eingeschätzt werden, da sie für die Gewährleistung der Lufttüchtigkeit und Sicherheit von entscheidender Bedeutung ist.
In den verschiedenen Flugzeugklassen sind die Hersteller und Integratoren dafür verantwortlich, die Kosten für die Strukturentwicklung effektiv zu verwalten, um die Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten, die Rentabilität zu gewährleisten und den Erfolg des Programms zu sichern.
Welche Strategien können Luft- und Raumfahrtingenieure anwenden, um einmalige Kosten zu minimieren?
Luft- und Raumfahrtingenieure können einen integrierten Simulations- und Testansatz implementieren und dabei erstklassige Luft- und Raumfahrtsimulationssoftware verwenden, um die digitale Transformation voranzutreiben. Dieser Ansatz kann zu einer nahtlosen Integration robuster technischer Arbeitsabläufe führen, die die Einführung gezielter Strategien zur Kostensenkung erleichtern. Diese Strategien sind nicht nur darauf ausgerichtet, die Kosten zu minimieren, sondern auch die Leistungsziele zu erreichen und eine reibungslose Einführung in den Betrieb zu gewährleisten.
Ein rigoroser und kreativer Arbeitsablauf im Bauwesen
Die moderne Strukturtechnik für Flugzeuge sollte einen belastbaren und flexiblen Arbeitsablauf umfassen, der sowohl Strenge als auch Kreativität ermöglicht, um die strukturelle Integrität und Leistung des Flugzeugs sicherzustellen. Diese komplizierte Reihe spezialisierter Aufgaben, die sich über Konstruktionsdisziplinen wie Gewichts- und Gleichgewichtsberechnungen, Aerodynamik und Leistungsanalyse, externe und interne Belastungsbewertungen, Ermüdungsanalysen und die Bewertung der Schadenstoleranz erstrecken, bilden eine zusammenhängende und effiziente Reise von den ersten Konzepten bis hin zu detaillierten Entwürfen, wobei jede Phase besondere Herausforderungen mit sich bringt.
Während dieses umfassenden Prozesses müssen die Strukturingenieure auf einem schmalen Grat zwischen analytischer Präzision und erfinderischer Problemlösung navigieren. Mit diesem Ansatz können sie Flugzeugstrukturen entwerfen, die nicht nur optimal konstruiert sind, sondern auch eine hohe Leistung für die vorgesehenen Aufgaben erbringen.
Steigerung der Programmeffizienz durch Automatisierung und Erkundung
Automatisierung und die Fähigkeit, schnell Designalternativen zu erforschen, sind wesentliche Strategien zur Verbesserung der Programmleistung und zur Verringerung einmaliger Kosten bei der Konstruktion und Analyse von Flugzeugstrukturen. Durch die Automatisierung können Ingenieure wertvolle Zeit sparen und ihre Arbeitsabläufe rationalisieren. Eine der größten Herausforderungen, mit denen sie konfrontiert sind, ist die manuelle, zeitaufwändige Art der Datenextraktion und Berichterstellung. Durch die Automatisierung dieser sich wiederholenden Aufgaben werden Ressourcen freigesetzt, die besser für höherwertige Aufgaben wie Designoptimierung und Problemlösung eingesetzt werden können. Eine automatisierte Datenverwaltung und Berichtserstellung verbessert nicht nur die Effizienz, sondern gewährleistet auch Konsistenz und Genauigkeit und minimiert das Risiko kostspieliger Fehler.
Die Möglichkeit, alternative Entwurfsoptionen schnell zu erforschen und zu bewerten, ist in der Tat eine wesentliche Voraussetzung für Innovation. In der Vergangenheit haben fehlende vernetzte Tools und isolierte Arbeitsabläufe die Ingenieure daran gehindert, ihre Entwürfe schnell zu testen und zu verfeinern. Durch die Verbesserung der Analysemöglichkeiten und die Nutzung digitaler Kollaborationsplattformen können Ingenieure ihre Entwürfe jetzt nahtloser iterieren, die Entwicklungszyklen beschleunigen und neue Möglichkeiten erschließen. Durch strategische Automatisierung und die Freiheit, den Designraum kreativ zu erkunden, können Hersteller das Gewicht reduzieren, die Kraftstoffeffizienz erhöhen und die Sicherheit verbessern. Diese Möglichkeiten können die einmaligen Kosten im Zusammenhang mit der Konstruktion von Flugzeugen erheblich reduzieren.
Entlastung des Ingenieurs von der Rückverfolgbarkeit
Darüber hinaus kann eine verbesserte Digitalisierung der Flugzeugkonstruktion die Belastung der Ingenieure durch die Rückverfolgbarkeit erheblich verringern und so entscheidende Vorteile zur Senkung der einmaligen Kosten bieten. Durch die lückenlose Nachverfolgung von Konstruktionsänderungen ermöglicht der digitalisierte Arbeitsablauf eine effizientere Zertifizierungsdokumentation und den Einsatz von konfigurationsgesteuerten Simulationen. Dies wiederum sichert die Beziehung zwischen den einzelnen Flugzeugkomponenten und der Gesamtlast und ermöglicht eine zuverlässige Rückverfolgbarkeit während des gesamten Design- und Analyseprozesses. So können die Ingenieure den Zertifizierungsbehörden gegenüber die Einhaltung der Vorschriften leichter nachweisen und den manuellen Aufwand reduzieren.
Einer der möglichen Ansätze zur Verringerung einmaliger Kosten ist die Entlastung des Ingenieurs von der Rückverfolgbarkeit durch eine verbesserte Digitalisierung. Dadurch können die Hersteller ihre Arbeitsabläufe in der Strukturtechnik optimieren, sich auf höherwertige Aufgaben konzentrieren und letztlich den erheblichen Einfluss der Strukturtechnik auf die Gesamtkosten des Flugzeugprogramms verringern.
Schlussfolgerung
Die Simcenter™ Software Simulations- und Testlösungen, ein Teil der Siemens Xcelerator Geschäftsplattform, die Software, Hardware und Dienstleistungen umfasst, verbessern den Arbeitsablauf in der Strukturtechnik erheblich. Zum Beispiel ermöglicht es eine verbesserte und digitalisierte Zusammenarbeit zwischen den Abteilungen für Flugphysik und Strukturanalyse, reduziert die Kosten für die Rückverfolgbarkeit und stellt sicher, dass die Daten gespeichert, zurückverfolgt und in nachfolgenden Programmen leicht wiederverwendet werden können. Diese Fortschritte erleichtern die simulationsgestützte Optimierung von Flugzeugstrukturdesign und -analyse, was zu Kosteneinsparungen von bis zu 103 Millionen Dollar für ein Schmalrumpfflugzeug führen kann.
Weitere Informationen über zusätzliche Minderungsstrategien und Kosteneinsparungen in verschiedenen Flugzeugklassen finden Sie in unserer Infografik mit dem Titel „Minderung einmaliger Kosten bei der Konstruktion und Analyse von Flugzeugstrukturen.“
Wenn Sie schließlich tiefgreifende technische Einblicke in die Konstruktion und Analyse von Flugzeugstrukturen suchen, lade ich Sie ein, sich die Forschungspapier l gehalten bei der AIAA und hervorgehoben auf der Kudos Website mit dem Titel „Integrated Structural Design and Analysis Applied to a Large Surveillance Drone“.
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