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つまり、航空宇宙エンジニアは、軍用機であれ民間機であれ、航空機の性能と持続可能性を高めるために、いくつかの重要な目標を達成しようとしているのです。一方では、環境への影響と運航コストの低減を目指した設計目標。一方では、ミッションクリティカルな航空機が同じ燃料容量でより高い高度で長時間飛行することも可能にします。さらにエンジニアは、航空機のバランスと全体的な性能を最適化するため、重量配分の改善にも取り組んでいます。
もう 1 つの重点分野は、独自の課題と機会をもたらす電動航空機の開発です。バッテリーの密度と放熱能力を高めることは、電気推進システムの効率と信頼性を最大化するために不可欠です。
さらに、水素のような代替燃料源や、ストラットブレース翼や混合翼のような革新的な航空機構成の探求は、持続可能な航空を追求する上で重要な目標です。
航空機メーカーが直面する航空機構造設計上の重大な問題
設計の複雑化に伴い、航空機メーカーは航空機の構造設計と解析において、効率と技術革新を妨げる構造工学上の課題に直面しています。重要な問題の1つは、設計チームと解析チームがしばしば孤立して作業することで、手戻りと非効率を招き、最終的に開発プロセス全体とプログラムの成功に影響を及ぼしています。
さらに、エンジニアは、航空機の構造設計と解析に取り組みながら、データの抽出とレポートの作成を手作業で行っており、貴重な時間を浪費しています。この課題は、エンジニアリングワークフローの効率性と生産性を向上させる革新的なソリューションの必要性を浮き彫りにしています。
相互接続されたツールがないため、代替設計オプションの迅速な探索がさらに複雑になり、設計の迅速なテストと最適化を促進するために不可欠な解析機能が不足しています。
さらに、プログラムに関与する複数の利害関係者の多様なインプットと特定の要件をナビゲートすることは、開発プロセスを著しく複雑にし、長引かせる可能性があります。
結局のところ、分離されたシステムが蔓延しているため、非効率とエラーが発生し、ワークフローを最適化し、航空機構造工学における革新の新たなレベルを解き放つために、統一されたデジタル化されたエンドツーエンドプロセスの必要性が浮き彫りになっています。
航空機構造設計・解析の高コストと非経常コストへの影響
航空機の複雑さは、航空機のクラスタイプによって異なる多面的な側面があります。簡略化したモデルでは、2 つの極端なクラスと中間の 1 つのクラスを持つ 3 つの主要クラスを考えることができます。最初のクラスはビジネスジェット機で、エンペラ、翼、胴体、および制御面にわたって比較的高いレベルの複雑さを示します。中間のクラスは、ナローボディの民間機で、すべてのコンポーネントにわたってさらに高いレベルの複雑さが特徴です。最後に、もう一方の極端な端にあるマルチロール戦闘機は、そのさまざまなコンポーネントの複雑さのレベルが最も高く、際立っています。
航空機の構造設計は、航空機の総非経常コストを決定する上で重要な役割を果たすことを強調する必要があります。小型ビジネスジェット機、民間旅客機、戦闘機など、さまざまなクラスの航空機では、構造的な非経常コストの割合が一定の範囲内で変化する可能性があります。ベンチマークを設定するため、民間航空会社の航空機構造のエンジニアリングは、最大で65％の重さになると見積もられています。1 全非経常的費用の
クラスによって潜在的な違いが見られる可能性はあるものの、航空機の構造設計、解析、試験を徹底的に行うことの重要性は、耐空性と安全性を確保する上で極めて重要であるため、いくら強調してもし過ぎることはありません。
さまざまな航空機クラスにおいて、メーカーとインテグレーターは、競争力を維持し、収益性を確保し、プログラムを成功させるために、構造エンジニアリングコストを効果的に管理する責任を負っています。
航空宇宙エンジニアが非経常コストを軽減するために採用できる戦略とは？
航空宇宙エンジニアは、デジタル・トランスフォーメーションを推進するために、クラス最高の航空宇宙シミュレーション・ソフトウェアを活用して、統合シミュレーションとテストのアプローチを導入することができます。このアプローチにより、堅牢なエンジニアリングワークフローのシームレスな統合が実現し、的を絞った軽減戦略の採用が容易になります。これらの戦略は、コストを最小限に抑えるだけでなく、性能目標を達成し、スムーズなサービス導入を実現するように設計されています。
厳密かつ創造的な構造工学ワークフロー
現代の航空機の構造エンジニアリングは、航空機の構造的な完全性と性能を確保するために、厳格さと創造性の両方を可能にする弾力的で柔軟なワークフローを包含する必要があります。重量とバランスの計算、空気力学と性能解析、外部および内部荷重評価、疲労解析、損傷耐性評価などの設計工学分野にまたがる、この複雑に入り組んだ一連の専門作業は、初期コンセプトから詳細設計までの一貫した効率的な旅を形成し、各フェーズで明確な課題を提示します。
この包括的なプロセスを通じて、構造エンジニアは、分析的な正確さと独創的な問題解決との間の微妙なラインをナビゲートする必要があります。このアプローチを採用することで、最適な設計だけでなく、特定されたミッションにおいて高い性能を発揮する航空機構造を作り上げることができます。
自動化と探査によるプログラム効率の向上
自動化と設計案の迅速な探索は、航空機の構造設計と解析において、プログラムのパフォーマンスを向上させ、非経常的なコストを軽減するために不可欠な戦略です。自動化を導入することで、エンジニアは貴重な時間を節約し、ワークフローを合理化することができます。エンジニアが直面する主な課題の 1 つは、データ抽出とレポート生成の手作業による時間のかかる作業です。このような繰り返し作業を自動化することで、設計の最適化や問題解決など、より価値の高い作業にリソースを割り当てることができます。自動化されたデータ管理とレポート作成は、効率を向上させるだけでなく、一貫性と正確性を確保し、コストのかかるエラーのリスクを最小限に抑えます。
実際、代替設計オプションを迅速に探索し評価する権限は、イノベーションの推進に不可欠です。従来は、連携ツールの不足とサイロ化されたワークフローが、エンジニアが設計を迅速にテストして改良する能力を妨げていました。解析機能を強化し、デジタルコラボレーションプラットフォームを活用することで、エンジニアはよりシームレスに設計を反復できるようになり、開発サイクルを加速し、新たな可能性を引き出すことができます。戦略的な自動化と、設計空間を創造的に探索する自由によって、メーカーは軽量化、燃費向上、安全性向上を実現できます。これらの機能により、航空機の構造エンジニアリングに関連する非経常コストを大幅に削減することができます。
トレーサビリティの負担をエンジニアから軽減
さらに、航空機構造エンジニアリングのデジタル化を改善することで、エンジニアのトレーサビリティ負担を大幅に軽減し、非経常的なコストを軽減するための重要な利点を引き出すことができます。シームレスに追跡される設計変更により、デジタル化されたワークフローは、より効率的な認証ドキュメンテーションと展開された構成制御シミュレーションを可能にします。これにより、個々の航空機コンポーネントと全体的な荷重との関係が確保され、設計および解析プロセス全体を通じて信頼できるトレーサビリティが実現します。その結果、エンジニアは認証機関へのコンプライアンスをより簡単に証明でき、必要な手作業を減らすことができます。
非経常的なコストを軽減するための可能なアプローチの1つは、デジタル化の強化によってエンジニアのトレーサビリティ負担を軽減することです。その結果、メーカーは構造エンジニアリングのワークフローを最適化し、より価値の高いタスクに集中することができます。
結論
その Simcenter™ ソフトウェアシミュレーションおよびテストソリューションは、ソフトウェア、ハードウェア、サービスから構成されるシーメンス Xcelerator ビジネスプラットフォームの一部であり、構造エンジニアリングのワークフローを大幅に強化します。例えば、飛行物理部門と構造解析部門間のデジタル化されたコラボレーションの強化、トレーサビリティコストの削減、データの保存、トレース、後続プログラムでの再利用性の確保などが挙げられます。これらの進化により、航空機の構造設計と解析におけるシミュレーション主導の最適化が促進され、ナローボディ機で最大1億300万ドルのコスト削減を実現できる可能性があります。
さまざまな航空機クラスにおけるさらなる緩和策とコスト削減の詳細については、インフォグラフィック「」をダウンロードしてください。航空機の構造設計と解析における非経常コストの削減.”
最後に、航空機の構造設計と解析に関する深い技術的洞察をお探しでしたら、以下のサイトをご覧ください。 研究論文 AIAAで発表され、次のページでハイライトされています。 クドスのウェブサイト 大型監視ドローンに適用される統合構造設計と解析」と題されたウェブサイト。
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