Marek Jonas

Modelowanie, projektowanie i optymalizacja struktury nośnej kadłuba samolotu klasy Business-Jet

Abstract:

Praca poświęcona jest projektowaniu kompozytowej struktury nośnej kadłuba lekkiego, biznesowego samolotu z napędem turbowentylatorowym, ciśnieniową, pięcioosobową kabiną, nowoczesną awioniką pozwalającą latać w warunkach IFR oraz spadochronowym systemem bezpieczeństwa. Warunkiem uzyskania niskiej masy startowej jest zbudowanie lekkiej struktury nośnej, co uzyskano w wyniku zastosowania kompozytu węglowego, wytwarzanego z preimpregnatów technologią autoklawową.

Zbudowano model dyskretny struktury nośnej kadłuba i przeanalizowano go metodą elementów skończonych. Wyznaczono wartość współczynnika wytrzymałości zdefiniowanego wg hipotezy Hoffmana. Stworzono obwiednię maksymalnego współczynnika wytrzymałości po wszystkich warstwach i przypadkach obciążeń. Otrzymano mapę miejsc najbardziej wytężonych oraz mapę przypadków wymiarujących dany fragment struktury. Wykonano analizy stateczności początkowej oraz oszacowano obciążenia krytyczne. Wyniki zostały potwierdzone analizami nieliniowymi.

Wykryto silnie wytężone fragmenty struktury znajdujące się pomiędzy dwiema ostatnimi wręgami ogonowymi. Stworzono dla tego obszaru model o gęstszej siatce elementów i przeprowadzono iteracyjny proces wzmocnienia, polegający na doborze liczby i kątów ułożenia warstw kompozytu. Przeprowadzono optymalizację położenia otworu rewizyjnego, w której zmaksymalizowano współczynnik wytrzymałości fragmentu pokrycia. Dokonano wstępnej weryfikacji modelu w próbach statycznych. Stwierdzono zgodność przemieszczeń, choć wymagającą potwierdzania w dalszych próbach.

Do oryginalnych osiągnięć konstrukcyjnych uzyskanych w wyniku optymalizacji pracy struktury można zaliczyć: (1) projekt wręgi ciśnieniowej oddzielającej przestrzeń kabinową od zbiornikowej; (2) projekt drzwi i sposób ich połączenia z ramą kadłuba; i (3) projekt ramy kabinowej w postaci dwóch monolitycznych elementów, co istotnie uprościło technologię wykonawstwa i montażu.