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El objetivo principal es conseguir un diseño óptimo del fuselaje para lograr la eficiencia. Por un lado, estos objetivos de diseño pretenden reducir el impacto medioambiental y los costes operativos. Por otro, también permiten que los aviones de misiones críticas puedan operar durante periodos prolongados a altitudes más elevadas con la misma capacidad de combustible. Además, los ingenieros trabajan para mejorar la distribución del peso con el fin de optimizar el equilibrio de la aeronave y su rendimiento general.
Otra área de interés es el desarrollo de aeronaves de propulsión eléctrica, que presenta retos y oportunidades únicos. Mejorar la densidad de las baterías y la capacidad de disipación del calor es esencial para maximizar la eficiencia y la fiabilidad de los sistemas de propulsión eléctrica.
Además, la exploración de fuentes de combustible alternativas, como el hidrógeno, y de configuraciones innovadoras de aeronaves, como las alas arriostradas o mixtas, es un objetivo clave en la búsqueda de una aviación sostenible.
Los fabricantes se enfrentan a importantes problemas de diseño estructural de los aviones
Con la creciente complejidad del diseño, los fabricantes se enfrentan a retos de ingeniería estructural en el diseño y análisis estructural de aeronaves que dificultan la eficiencia y la innovación. Un problema clave es la naturaleza desconectada de los equipos de diseño y análisis, que a menudo trabajan de forma aislada, lo que da lugar a reprocesamientos e ineficiencias que, en última instancia, repercuten en el proceso general de desarrollo y en el éxito del programa.
Además, los ingenieros pierden un tiempo valioso extrayendo datos manualmente y generando informes mientras se ocupan del diseño y el análisis estructural de las aeronaves, un proceso que debería agilizarse mediante la automatización, liberando recursos para un trabajo de mayor valor. Este reto pone de manifiesto la necesidad de soluciones innovadoras que puedan mejorar la eficiencia y la productividad en los flujos de trabajo de ingeniería.
La ausencia de herramientas interconectadas complica aún más la rápida exploración de opciones de diseño alternativas, lo que se traduce en una falta de capacidades de análisis esenciales para facilitar la rápida comprobación y optimización del diseño.
Además, navegar por las diversas aportaciones y requisitos específicos de las múltiples partes implicadas en el programa puede complicar y alargar significativamente el proceso de desarrollo.
En última instancia, la prevalencia de sistemas desconectados da lugar a ineficiencias y errores, lo que subraya la necesidad de un proceso unificado y digitalizado de principio a fin para optimizar los flujos de trabajo y desbloquear nuevos niveles de innovación en la ingeniería estructural aeronáutica.
El elevado coste del diseño y análisis estructural de aeronaves y su impacto en los costes no recurrentes
La complejidad de las aeronaves puede ser un aspecto polifacético que varía en función del tipo de clase de aeronave. En un modelo simplificado, podemos considerar tres clases principales con dos extremos y una clase en el medio. La primera clase representa un avión de negocios, que muestra un nivel relativamente alto de complejidad en su empenaje, alas, fuselaje y superficies de control. Avanzando hacia la clase del medio, tenemos un avión comercial de fuselaje estrecho, caracterizado por un nivel de complejidad aún mayor en todos sus componentes. Por último, en el otro extremo, destaca un avión de combate polivalente con los niveles de complejidad más elevados para sus diversos componentes.
Es esencial destacar que las estructuras de ingeniería de los aviones desempeñan un papel importante en la determinación del coste total no recurrente de las aeronaves. Para las distintas clases de aviones, incluidos los pequeños reactores de negocios, los aviones comerciales y los aviones de combate, el porcentaje de costes no recurrentes estructurales puede variar dentro de un cierto rango. Para establecer un punto de referencia, se calcula que la ingeniería de las estructuras de los aviones para una aerolínea comercial podría pesar hasta un 65%.1 de todos los costes totales no recurrentes.
A pesar de las posibles diferencias que puedan observarse en función de la clase, nunca se insistirá lo suficiente en la importancia de llevar a cabo un diseño estructural, un análisis y unas pruebas exhaustivas de las aeronaves, ya que es crucial para garantizar la aeronavegabilidad y la seguridad.
En las distintas clases de aeronaves, los fabricantes e integradores tienen la responsabilidad de gestionar eficazmente los costes de ingeniería estructural para mantener la competitividad, garantizar la rentabilidad y lograr el éxito del programa.
¿Qué estrategias pueden emplear los ingenieros aeroespaciales para mitigar los costes no recurrentes?
Los ingenieros aeroespaciales pueden aplicar un enfoque integrado de simulación y pruebas, utilizando el mejor software de simulación aeroespacial de su clase para impulsar la transformación digital. Este enfoque puede dar lugar a una integración perfecta de flujos de trabajo de ingeniería sólidos que faciliten la adopción de estrategias de mitigación específicas. Estas estrategias están diseñadas no sólo para minimizar los costes, sino también para alcanzar los objetivos de rendimiento y garantizar una puesta en servicio sin problemas.
Un flujo de trabajo de ingeniería estructural riguroso y creativo
La ingeniería estructural moderna para aeronaves debe abarcar un flujo de trabajo resistente y flexible que permita tanto el rigor como la creatividad para garantizar la integridad estructural y el rendimiento de la aeronave. Esta intrincada serie de tareas especializadas, que abarcan disciplinas de ingeniería de diseño como los cálculos de peso y equilibrio, la aerodinámica y el análisis de rendimiento, las evaluaciones de carga externa e interna, el análisis de fatiga y la evaluación de la tolerancia a los daños, forman un viaje cohesivo y eficiente desde los conceptos iniciales hasta los diseños detallados, en el que cada fase presenta retos distintos.
A lo largo de este exhaustivo proceso, los ingenieros estructurales deben navegar por una fina línea entre la precisión analítica y la resolución inventiva de problemas. Adoptando este enfoque, pueden elaborar estructuras de aeronaves que no sólo sean óptimas en su diseño, sino también de alto rendimiento en sus misiones identificadas.
Mejorar la eficacia de los programas mediante la automatización y la exploración
La automatización y la capacidad de explorar rápidamente alternativas de diseño son estrategias esenciales para mejorar el rendimiento de los programas y mitigar los costes no recurrentes en el diseño y análisis estructural de aeronaves. Al adoptar la automatización, los ingenieros pueden ahorrar un tiempo valioso y agilizar sus flujos de trabajo. Uno de los principales retos a los que se enfrentan es la naturaleza manual y lenta de la extracción de datos y la generación de informes. La automatización de estas tareas repetitivas libera recursos que pueden asignarse mejor a trabajos de mayor valor, como la optimización del diseño y la resolución de problemas. La gestión automatizada de los datos y la generación de informes no sólo mejoran la eficacia, sino que también garantizan la coherencia y la precisión, minimizando el riesgo de errores costosos.
De hecho, la capacidad de explorar y evaluar rápidamente opciones de diseño alternativas es esencial para impulsar la innovación. Tradicionalmente, la falta de herramientas conectadas y los flujos de trabajo en silos han obstaculizado la capacidad de los ingenieros para probar y perfeccionar rápidamente sus diseños. Al mejorar las capacidades de análisis y aprovechar las plataformas de colaboración digital, los ingenieros pueden ahora iterar sobre los diseños de forma más fluida, acelerando los ciclos de desarrollo y desbloqueando nuevas posibilidades. Gracias a la automatización estratégica y a la libertad para explorar de forma creativa el espacio de diseño, los fabricantes pueden conseguir reducir el peso, aumentar la eficiencia del combustible y mejorar la seguridad. Estas capacidades pueden reducir significativamente los costes no recurrentes asociados a la ingeniería estructural de las aeronaves.
Quitar la carga de la trazabilidad al ingeniero
Además, una mejor digitalización de la ingeniería estructural de las aeronaves puede aliviar significativamente la carga de trazabilidad de los ingenieros, desbloqueando ventajas clave para mitigar los costes no recurrentes. Con un seguimiento sin fisuras de los cambios de diseño, el flujo de trabajo digitalizado permite una documentación de certificación más eficiente y el despliegue de simulaciones controladas por configuración. Esto, a su vez, asegura la relación entre los componentes individuales de la aeronave y la carga global, logrando una trazabilidad fiable durante todo el proceso de diseño y análisis. Como resultado, los ingenieros pueden demostrar más fácilmente la conformidad a las autoridades de certificación, reduciendo el esfuerzo manual necesario.
Uno de los posibles enfoques para mitigar los costes no recurrentes es quitarle la carga de la trazabilidad al ingeniero gracias a una mayor digitalización. Como resultado de ello, los fabricantes pueden optimizar sus flujos de trabajo de ingeniería estructural, centrarse en tareas de mayor valor y, en última instancia, reducir el impacto sustancial de la ingeniería estructural en los costes generales de los programas aeronáuticos.
Conclusión
El Simcenter™ soluciones de simulación y ensayo de software, parte de la plataforma empresarial Siemens Xcelerator que comprende software, hardware y servicios, mejoran significativamente el flujo de trabajo de la ingeniería estructural. Por ejemplo, permite una colaboración mejorada y digitalizada entre los departamentos de física de vuelo y análisis estructural, reduce los costes de trazabilidad y garantiza que los datos se almacenan, se trazan y se reutilizan fácilmente en programas posteriores. Estos avances facilitan la optimización impulsada por la simulación en el diseño y análisis estructural de aeronaves, lo que puede suponer un ahorro de costes de hasta 103 millones de dólares para un avión de fuselaje estrecho.
Si desea más información sobre otras estrategias de mitigación y ahorro de costes en varias clases de aeronaves, descargue nuestra infografía titulada «Mitigación de los costes no recurrentes en el diseño y análisis estructural de aeronaves.»
Por último, si busca una visión técnica en profundidad sobre el diseño y el análisis estructural de aeronaves, le invito a explorar el documento de investigación l presentado en la AIAA y destacado en el sitio web de Kudos titulado «Diseño y análisis estructural integrado aplicado a un gran dron de vigilancia».
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