Progettazione e analisi strutturale degli aeromobili

L’aviazione moderna richiede innovazione per l’efficienza e la sostenibilità. I velivoli devono essere più leggeri, più efficienti dal punto di vista dei consumi e sviluppati rapidamente, garantendo al contempo la sicurezza. L’ottimizzazione dei processi di progettazione e analisi strutturale dei velivoli è fondamentale per ridurre le inefficienze e mantenere l’aeronavigabilità. In altre parole, gli ingegneri aerospaziali si sforzano di raggiungere diversi obiettivi chiave per migliorare le prestazioni e la sostenibilità dei velivoli, sia per l’aviazione militare, commerciale o generale.
L’obiettivo principale è quello di ottenere una progettazione ottimale della cellula per l’efficienza. Da un lato, questi obiettivi di progettazione mirano a ridurre l’impatto ambientale e i costi operativi. Dall’altro lato, consente ai velivoli mission-critical di operare per lunghi periodi ad altitudini più elevate con la stessa capacità di carburante. Inoltre, gli ingegneri stanno lavorando per migliorare la distribuzione del peso per ottimizzare l’equilibrio e le prestazioni complessive dell’aereo.

Un’altra area di interesse è lo sviluppo di velivoli a propulsione elettrica, che presenta sfide e opportunità uniche. Migliorare la densità delle batterie e le capacità di dissipazione del calore è essenziale per massimizzare l’efficienza e l’affidabilità dei sistemi di propulsione elettrica.
Inoltre, l’esplorazione di fonti di carburante alternative, come l’idrogeno, e di configurazioni innovative di velivoli, come le ali a puntone o miste, è un obiettivo chiave nella ricerca di un’aviazione sostenibile.

I produttori devono affrontare importanti problemi di progettazione strutturale degli aeromobili

Con la crescente complessità del progetto, i produttori devono affrontare sfide di ingegneria strutturale nella progettazione e nell’analisi strutturale degli aeromobili, che ostacolano l’efficienza e l’innovazione. Un problema chiave è la natura disconnessa dei team di progettazione e analisi, che spesso lavorano in modo isolato, portando a rielaborazioni e inefficienze, con un impatto finale sul processo di sviluppo complessivo e sul successo del programma.

Inoltre, gli ingegneri sprecano tempo prezioso estraendo manualmente i dati e generando rapporti mentre si occupano della progettazione e dell’analisi strutturale dell’aeromobile, un processo che dovrebbe essere semplificato attraverso l’automazione, liberando risorse per un lavoro di maggior valore. Questa sfida evidenzia la necessità di soluzioni innovative che possano migliorare l’efficienza e la produttività dei flussi di lavoro ingegneristici.

L’assenza di strumenti interconnessi complica ulteriormente l’esplorazione rapida di opzioni di progettazione alternative, con conseguente mancanza di capacità di analisi che sono essenziali per facilitare il test e l’ottimizzazione rapida del progetto.

Inoltre, la gestione dei diversi input e dei requisiti specifici di più parti interessate coinvolte nel programma può complicare e allungare notevolmente il processo di sviluppo.
In definitiva, la prevalenza di sistemi scollegati comporta inefficienze ed errori, sottolineando la necessità di un processo end-to-end unificato e digitalizzato per ottimizzare i flussi di lavoro e sbloccare nuovi livelli di innovazione nell’ingegneria strutturale degli aerei.

Il costo elevato della progettazione e dell’analisi strutturale degli aeromobili e il suo impatto sui costi non ricorrenti

La complessità dell’aeromobile può essere un aspetto sfaccettato che varia in base al tipo di classe dell’aeromobile. In un modello semplificato, possiamo considerare tre classi principali con due estremi e una classe nel mezzo. La prima classe rappresenta un jet d’affari, che presenta un livello relativamente alto di complessità nell’empennage, nelle ali, nella fusoliera e nelle superfici di controllo. Spostandoci verso la classe intermedia, abbiamo un aereo commerciale a fusoliera stretta, caratterizzato da un livello di complessità ancora più elevato in tutti i componenti. Infine, all’estremo opposto, un jet da combattimento multiruolo si distingue per i livelli di complessità più elevati per i suoi vari componenti.

È essenziale sottolineare che la progettazione delle strutture degli aeromobili svolge un ruolo significativo nel determinare il costo totale non ricorrente degli aeromobili. Per le diverse classi di aeromobili, compresi i piccoli jet d’affari, gli aerei di linea e i jet da combattimento, la percentuale dei costi strutturali non ricorrenti può variare entro un certo intervallo. Per stabilire un punto di riferimento, si stima che l’ingegneria delle strutture degli aeromobili per una compagnia aerea commerciale possa pesare fino al 65%.¹ di tutti i costi totali non ricorrenti.

Nonostante le potenziali differenze che si possono osservare a seconda della classe, non si può sopravvalutare l’importanza di condurre una progettazione strutturale, un’analisi e dei test accurati sugli aeromobili, in quanto è fondamentale per garantire l’aeronavigabilità e la sicurezza.
In tutte le diverse classi di aeromobili, i produttori e gli integratori hanno la responsabilità di gestire in modo efficace i costi dell’ingegneria strutturale per mantenere la competitività, garantire la redditività e ottenere il successo del programma.

Quali strategie possono adottare gli ingegneri aerospaziali per mitigare i costi non ricorrenti?

Gli ingegneri aerospaziali possono implementare un approccio integrato di simulazione e test, utilizzando il software di simulazione aerospaziale migliore della categoria per guidare la trasformazione digitale. Questo approccio può portare a una perfetta integrazione di solidi flussi di lavoro ingegneristici che facilitano l’adozione di strategie di mitigazione mirate. Queste strategie sono progettate non solo per minimizzare i costi, ma anche per raggiungere gli obiettivi di prestazione e garantire un’introduzione in servizio senza problemi.

Un flusso di lavoro di ingegneria strutturale rigoroso e creativo

L’ingegneria strutturale moderna per gli aeromobili deve comprendere un flusso di lavoro flessibile e resiliente, che consenta sia il rigore che la creatività per garantire l’integrità strutturale e le prestazioni del velivolo. Questa intricata serie di compiti specializzati, che abbracciano discipline ingegneristiche di progettazione come i calcoli di peso e bilanciamento, l’aerodinamica e l’analisi delle prestazioni, le valutazioni dei carichi esterni e interni, l’analisi della fatica e la valutazione della tolleranza ai danni, forma un viaggio coeso ed efficiente dai concetti iniziali ai progetti dettagliati, con ogni fase che presenta sfide distinte.

In questo processo completo, gli ingegneri strutturali devono navigare in una linea sottile tra la precisione analitica e la soluzione inventiva dei problemi. Abbracciando questo approccio, possono realizzare strutture aeronautiche che non solo sono ottimali nel loro design, ma anche altamente performanti nelle loro missioni identificate.

Migliorare l’efficienza del programma attraverso l’automazione e l’esplorazione

L’automazione e la capacità di esplorare rapidamente le alternative di progettazione sono strategie essenziali per migliorare le prestazioni del programma e ridurre i costi non ricorrenti nella progettazione e nell’analisi strutturale dei velivoli. Abbracciando l’automazione, gli ingegneri possono risparmiare tempo prezioso e snellire i loro flussi di lavoro. Una delle sfide principali che devono affrontare è la natura manuale e lunga dell’estrazione dei dati e della generazione dei rapporti. L’automazione di questi compiti ripetitivi libera risorse che possono essere meglio destinate a lavori di maggior valore, come l’ottimizzazione del progetto e la risoluzione dei problemi. La gestione automatizzata dei dati e la generazione di report non solo migliorano l’efficienza, ma garantiscono anche coerenza e precisione, riducendo al minimo il rischio di errori costosi.

In effetti, la possibilità di esplorare e valutare rapidamente opzioni di progettazione alternative è essenziale per guidare l’innovazione. Tradizionalmente, la mancanza di strumenti connessi e di flussi di lavoro isolati ha ostacolato la capacità degli ingegneri di testare e perfezionare rapidamente i loro progetti. Migliorando le capacità di analisi e sfruttando le piattaforme di collaborazione digitale, gli ingegneri possono ora iterare i progetti in modo più fluido, accelerando i cicli di sviluppo e sbloccando nuove possibilità. Grazie all’automazione strategica e alla libertà di esplorare creativamente lo spazio di progettazione, i produttori possono ottenere una riduzione del peso, aumentare l’efficienza del carburante e migliorare la sicurezza. Queste capacità possono ridurre in modo significativo i costi non ricorrenti associati all’ingegneria strutturale degli aerei.

Togliere il peso della tracciabilità all’ingegnere

Inoltre, una migliore digitalizzazione dell’ingegneria strutturale degli aeromobili può alleggerire in modo significativo l’onere della tracciabilità per gli ingegneri, sbloccando vantaggi chiave per mitigare i costi non ricorrenti. Con le modifiche di progetto tracciate senza soluzione di continuità, il flusso di lavoro digitalizzato consente una documentazione di certificazione più efficiente e simulazioni controllate dalla configurazione. Questo, a sua volta, assicura la relazione tra i singoli componenti del velivolo e il carico complessivo, ottenendo una tracciabilità affidabile in tutto il processo di progettazione e analisi. Di conseguenza, gli ingegneri possono dimostrare più facilmente la conformità alle autorità di certificazione, riducendo l’impegno manuale richiesto.

Uno dei possibili approcci per mitigare i costi non ricorrenti consiste nel togliere l’onere della tracciabilità agli ingegneri, grazie a una maggiore digitalizzazione. In questo modo, i produttori possono ottimizzare i flussi di lavoro dell’ingegneria strutturale, concentrarsi su compiti di maggior valore e, in ultima analisi, ridurre l’impatto sostanziale dell’ingegneria strutturale sui costi complessivi del programma aeronautico.

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