Использование цифровых двойников в авиационной и космической промышленности - Почемучки для взрослых и детей

Использование цифровых двойников в авиационной и космической промышленности

Использование цифровых двойников в авиационной и космической промышленностиТрадиционные конструктивные особенности летательных аппаратов различного назначения до недавнего времени включали в себя обязательное использование запаса прочности ч почти двойным коэффициентом, для обеспечения безопасности полётов, и повторение при проектировании элементов предыдущих наработок по геометрии и дизайну. Но новейшие прототипы летательных аппаратов показали, что такой подход препятствует максимальной производительности конструкции и материала. Самолёты, вертолёты и другие аппараты будущего должны работать в более сложных условиях при одновременном снижении их веса. Технология внедрения цифровых двойников со стадии проектирования была впервые технически применена как раз в области разработок аэрокосмической техники благодаря вкладу НАСА и исследовательской лаборатории ВВС США.

Цель их использования в аэрокосмической технике состоит в том, чтобы уменьшить вес конструкции таким образом, чтобы не потерять в надёжности даже в более сложных условиях работы. Кроме того, цифровая модель близнеца будет отражать все особенности жизни физического прототипа, просчитывать степень износа и усталости материалов многих компонентов по заложенному рассчитанному алгоритму, напоминать о техобслуживании различных узлов и агрегатов летательного аппарата, что обеспечивает беспрецедентную безопасность и надёжность в процессе долгой его эксплуатации.

Одна из распространённых используемых структур цифрового двойника в аэрокосмической промышленности называется Airframe DT (ADT) и предназначена для использования на всех этапах эксплуатации и технического обслуживания. Эти системы, основанные на совокупности цифровых двойников каждого транспортного средства, получают данные обо всём парке самолётов, совершающих перелёты в различных условиях, по разным маршрутам, с различной степенью нагрузок и заполняемости. Таким образом они содержат и обрабатывают информацию о движении, степени износа и прохождении регламентного обслуживания в различных аэропортах по каждому транспортному средству. Включённая в систему модель вычислительной аэродинамики CFD (Computational Fluid Dynamics) рассчитывает аэродинамические нагрузки, действующие на самолёт во время каждого полёта. Эти нагрузки впоследствии загружаются в модель через систему конечных датчиков (FEM — Finite Elements Model), которая вычисляет реакцию самолёта, такую как вибрация и реакция напряжения/деформации в привязке по времени полёта. Результирующее повреждение моделируется и накапливается для оценки оставшегося срока полезного использования. Инженеры и техники, обслуживающие авиационную технику, давно уже воспользовались преимуществами ADT в практике некоего техногенного «мышечного тестирования» летательных аппаратов, с измерением дискретных откликов датчиков по временным интервалам.

Чтобы отслеживать ощутимые изменения внешней среды и проверить данные моделей в цифровых двойниках, были специально разработаны некоторые чувствительные технологии. Так, например, учёные поместили особо малые сенсоры на основе сплава нитинола (Ni-Ti) в образец, используя стандартные производственные технологии, которые могут обнаруживать микротрещины и воспроизводить геометрию образца с помощью рентгеновской компьютерной томографии. Уже в 2013 году была представлена междисциплинарная методология для прогнозирования срока службы летающего прототипа, а для заведения характеристик в цифровом двойнике использовали диэлектрическую спектроскопию для определения поведения материала при возникновении внешнего воздействия разного типа.

С 2015 глда разработан и используется метод неразрушающей эволюции (NDE) для крыла самолёта, ключевая область которого была залита сплавом с памятью формы (SMA) в качестве датчика для обнаружения зарождения и развития трещины. И наоборот, виртуальную модель можно использовать в качестве виртуального датчика для одновременного мониторинга состояния самолёта и снижения частоты, а также стоимости ремонта и технического обслуживания.
Другая структура называется промышленным цифровым макетом (iDMU), которая охватывает начало жизни продукта (элемента летательного аппарата) и середину жизни (всё время эксплуатации). iDMU поддерживает различные структуры продукта, решает вопросы, связанные с интеграцией функционального и промышленного дизайна, и облегчает создание совместных результатов для поддержки производства, и обслуживания самолетов. Эта схема уже успешно применяется в производстве Airbus на линии окончательной сборки с 2013 года.

Основываясь на этой схеме, были применены решения Dassault Systems V6 для обработки и взаимодействия различного рода данных, начиная от производства и сборки, а также тестирования и технического обслуживания. В эту модель заносятся также все данные, полученные в процессе исследований полётной эксплуатации и инцидентов с самолётами. Эта интеллектуальная система, основанная на цифровых двойниках, обеспечивает двухстороннюю связь между физическим объектом и его цифровым аналогом.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Adblock
detector