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주요 초점은 효율성을 위한 최적의 기체 설계를 달성하는 것입니다. 이러한 설계 목표는 한편으로는 환경에 미치는 영향과 운영 비용을 낮추는 것을 목표로 합니다. 다른 한편으로는 미션 크리티컬 항공기가 동일한 연료 용량으로 더 높은 고도에서 더 오랜 시간 동안 운항할 수 있도록 하는 것이기도 합니다. 또한 엔지니어들은 항공기의 균형과 전반적인 성능을 최적화하기 위해 무게 배분을 개선하기 위해 노력하고 있습니다.
또 다른 중점 분야는 독특한 도전과 기회를 제공하는 전기 동력 항공기 개발입니다. 전기 추진 시스템의 효율성과 신뢰성을 극대화하려면 배터리 밀도와 방열 기능을 향상시키는 것이 필수적입니다.
또한 수소와 같은 대체 연료 공급원과 스트럿 브레이스 또는 혼합 날개와 같은 혁신적인 항공기 구성의 탐색은 지속 가능한 항공을 추구하는 데 있어 핵심적인 목표입니다.
제조업체는 중요한 항공기 구조 설계 문제에 직면해 있습니다.
설계 복잡성이 증가함에 따라 제조업체는 항공기 구조 설계 및 해석에서 효율성과 혁신을 저해하는 구조 엔지니어링 문제에 직면하고 있습니다. 한 가지 주요 문제는 설계 및 해석 팀이 서로 단절된 채로 작업하는 경우가 많아 재작업과 비효율성으로 이어져 궁극적으로 전체 개발 프로세스와 프로그램 성공에 영향을 미친다는 점입니다.
또한 엔지니어들은 자동화를 통해 간소화해야 하는 항공기 구조 설계 및 분석 프로세스를 처리하는 동안 데이터를 수동으로 추출하고 보고서를 생성하는 데 귀중한 시간을 낭비하여 더 가치 있는 작업에 리소스를 확보할 수 없게 됩니다. 이러한 과제는 엔지니어링 워크플로우의 효율성과 생산성을 향상시킬 수 있는 혁신적인 솔루션의 필요성을 강조합니다.
상호 연결된 도구가 없으면 대체 설계 옵션의 신속한 탐색이 더욱 복잡해져 신속한 설계 테스트 및 최적화를 촉진하는 데 필수적인 분석 기능이 부족해집니다.
또한 프로그램에 참여하는 여러 이해관계자의 다양한 입력과 특정 요구 사항을 탐색하면 개발 프로세스가 상당히 복잡하고 길어질 수 있습니다.
궁극적으로 단절된 시스템이 널리 보급되면 비효율성과 오류가 발생하므로 워크플로를 최적화하고 항공기 구조 엔지니어링에서 새로운 차원의 혁신을 실현하기 위해 통합된 디지털화된 엔드투엔드 프로세스의 필요성이 강조됩니다.
항공기 구조 설계 및 해석의 높은 비용과 반복되지 않는 비용에 미치는 영향
항공기 복잡성은 항공기 기종에 따라 다각적인 측면으로 나타날 수 있습니다. 단순화된 모델에서는 두 개의 극단적인 클래스와 중간에 하나의 클래스가 있는 세 가지 주요 클래스를 고려할 수 있습니다. 첫 번째 클래스는 비즈니스 제트기를 나타내며, 기체, 날개, 동체 및 조종면 전반에 걸쳐 상대적으로 높은 수준의 복잡성을 보여줍니다. 가운데 클래스로 이동하면 모든 구성 요소에 걸쳐 훨씬 더 높은 수준의 복잡성을 특징으로 하는 좁은 몸체의 상용 비행기가 있습니다. 마지막으로 다른 극단에는 다양한 구성 요소의 복잡성 수준이 가장 높은 다목적 전투기가 있습니다.
엔지니어링 항공기 구조는 항공기의 총 비반복 비용을 결정하는 데 중요한 역할을 한다는 점을 강조하는 것이 중요합니다. 소형 비즈니스 제트기, 상용 여객기, 전투기 등 항공기 기종에 따라 구조적 비반복 비용의 비율은 특정 범위 내에서 달라질 수 있습니다. 벤치마크를 설정하기 위해 상업용 항공사의 엔지니어링 항공기 구조는 최대 65%까지 무게가 나갈 수 있는 것으로 추정됩니다.1 전체 비반복적 비용 중
기종에 따라 차이가 있을 수 있지만, 감항성과 안전성을 보장하기 위해서는 철저한 항공기 구조 설계, 분석 및 테스트 수행의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다.
다양한 기종에 걸쳐 제조업체와 통합업체는 경쟁력을 유지하고 수익성을 보장하며 프로그램 성공을 달성하기 위해 구조 엔지니어링 비용을 효과적으로 관리해야 할 책임이 있습니다.
항공우주 엔지니어는 비반복 비용을 줄이기 위해 어떤 전략을 사용할 수 있을까요?
항공우주 엔지니어는 동급 최고의 항공우주 시뮬레이션 소프트웨어를 활용하여 통합 시뮬레이션 및 테스트 접근 방식을 구현하여 디지털 트랜스포메이션을 추진할 수 있습니다. 이러한 접근 방식을 통해 강력한 엔지니어링 워크플로를 원활하게 통합하여 목표 완화 전략의 채택을 촉진할 수 있습니다. 이러한 전략은 비용을 최소화할 뿐만 아니라 성능 목표를 달성하고 원활한 서비스 도입을 보장하도록 설계되었습니다.
엄격하고 창의적인 구조 엔지니어링 워크플로
최신 항공기 구조 엔지니어링은 항공기의 구조적 무결성과 성능을 보장하기 위해 엄격함과 창의성을 모두 갖춘 탄력적이고 유연한 워크플로우를 포함해야 합니다. 무게 및 균형 계산, 공기역학 및 성능 분석, 외부 및 내부 하중 평가, 피로 분석, 손상 내성 평가와 같은 설계 엔지니어링 분야를 아우르는 일련의 복잡한 전문 작업은 초기 개념에서 세부 설계에 이르기까지 일관되고 효율적인 여정을 형성하며 각 단계마다 고유한 과제를 제시합니다.
이 포괄적인 과정에서 구조 엔지니어는 분석적 정밀성과 창의적인 문제 해결 사이의 미세한 경계를 탐색해야 합니다. 이러한 접근 방식을 수용함으로써 최적의 설계뿐만 아니라 식별된 임무에서 고성능을 발휘하는 항공기 구조를 제작할 수 있습니다.
자동화 및 탐색을 통한 프로그램 효율성 향상
자동화와 설계 대안을 신속하게 탐색하는 기능은 항공기 구조 설계 및 해석에서 프로그램 성능을 개선하고 반복되지 않는 비용을 완화하는 데 필수적인 전략입니다. 자동화를 도입하면 엔지니어는 귀중한 시간을 절약하고 워크플로를 간소화할 수 있습니다. 엔지니어가 직면하는 주요 과제 중 하나는 데이터 추출 및 보고서 생성의 수동적이고 시간이 많이 소요되는 특성입니다. 이러한 반복적인 작업을 자동화하면 설계 최적화 및 문제 해결과 같은 더 가치 있는 작업에 더 많은 리소스를 할당할 수 있는 여유를 확보할 수 있습니다. 자동화된 데이터 관리 및 보고서 생성은 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 일관성과 정확성을 보장하여 비용이 많이 드는 오류의 위험을 최소화합니다.
실제로 대체 설계 옵션을 신속하게 탐색하고 평가할 수 있는 역량은 혁신을 추진하는 데 필수적입니다. 기존에는 연결된 도구와 사일로화된 워크플로우가 부족하여 엔지니어가 설계를 신속하게 테스트하고 개선하는 데 어려움이 있었습니다. 이제 엔지니어는 분석 기능을 강화하고 디지털 협업 플랫폼을 활용하여 설계를 더욱 원활하게 반복함으로써 개발 주기를 단축하고 새로운 가능성을 열어갈 수 있습니다. 전략적 자동화와 설계 공간을 창의적으로 탐색할 수 있는 자유를 통해 제조업체는 경량화를 달성하고 연비를 높이며 안전성을 개선할 수 있습니다. 이러한 기능을 통해 항공기 구조 엔지니어링과 관련된 비반복적 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
엔지니어의 추적성 부담 완화
또한 항공기 구조 엔지니어링의 디지털화를 개선하면 엔지니어의 추적성 부담을 크게 완화하여 반복되지 않는 비용을 완화할 수 있는 주요 이점을 얻을 수 있습니다. 설계 변경 사항을 원활하게 추적할 수 있는 디지털화된 워크플로우를 통해 보다 효율적인 인증 문서화와 구성 제어 시뮬레이션 배포가 가능해집니다. 이를 통해 개별 항공기 구성 요소와 전체 하중 간의 관계를 보호하여 설계 및 해석 프로세스 전반에 걸쳐 신뢰할 수 있는 추적성을 확보할 수 있습니다. 결과적으로 엔지니어는 인증 기관에 규정 준수를 보다 쉽게 증명할 수 있어 필요한 수작업을 줄일 수 있습니다.
비반복적 비용을 완화하기 위한 가능한 접근 방식 중 하나는 향상된 디지털화를 통해 엔지니어의 추적성 부담을 덜어주는 것입니다. 그 결과 제조업체는 구조 엔지니어링 워크플로우를 최적화하고 더 가치 있는 작업에 집중할 수 있으며, 궁극적으로 구조 엔지니어링이 전체 항공기 프로그램 비용에 미치는 상당한 영향을 줄일 수 있습니다.
결론
The Simcenter™ 소프트웨어 시뮬레이션 및 테스트 솔루션소프트웨어, 하드웨어 및 서비스로 구성된 지멘스 엑셀러레이터 비즈니스 플랫폼의 일부인 이 솔루션은 구조 엔지니어링 워크플로우를 크게 향상시킵니다. 예를 들어, 비행 물리학 부서와 구조 분석 부서 간의 향상된 디지털 협업을 가능하게 하고, 추적 비용을 절감하며, 데이터를 저장, 추적하고 후속 프로그램에서 쉽게 재사용할 수 있도록 보장합니다. 이러한 발전은 항공기 구조 설계 및 분석에서 시뮬레이션 기반의 최적화를 촉진하여 협동체 항공기의 경우 최대 1억 3,000만 달러의 비용 절감 효과를 가져올 수 있습니다.
다양한 기종에 걸친 추가 완화 전략 및 비용 절감에 대한 자세한 내용은 인포그래픽 “항공기 구조 설계 및 해석에서 비반복적 비용 완화하기.”
마지막으로 항공기 구조 설계 및 분석에 대한 심층적인 기술적 통찰력을 찾고 계신다면 다음을 살펴보시기 바랍니다. 연구 논문 AIAA에서 발표되었으며 Kudos 웹사이트 “대형 감시 드론에 적용된 통합 구조 설계 및 해석”이라는 제목으로 발표했습니다.
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