CAD削減了戰(zhàn)斗機和機載激光器的成本

波音公司制造的最后一架生產(chǎn)型戰(zhàn)斗機是P-26 Peashooter，這是一種開放式駕駛艙單翼飛機，帶有金屬絲支撐翼，于1932年首飛。在第二次世界大戰(zhàn)太平洋戰(zhàn)區(qū)的開放周期間，三菱Zeros迅速席卷了仍在飛行的少數(shù)Peashooters從天而降?，F(xiàn)在，波音公司又回歸了F-22猛禽，這是一款雙引擎空中優(yōu)勢戰(zhàn)斗機，與洛克希德·馬丁公司合作建造了鈦合金機翼。如果他們表現(xiàn)得像宣傳的那樣，猛龍將會讓其他人躲過掩護。

隨著麥克唐納道格拉斯的合并，這家西雅圖商業(yè)飛機巨頭準備進軍戰(zhàn)術(shù)飛機的高強度市場。波音公司的聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(JSF)的候選人，一種多服務(wù)，多國攻擊飛機，具有一體式，全復(fù)合三角翼，隱身角度，以及短起飛和垂直著陸的變體(STOVL) )表現(xiàn)。波音國防與太空集團工程副總裁拉里溫斯洛認為麥克唐納道格拉斯在其AV-8鷂上實施的熱氣體分流技術(shù)的經(jīng)驗是JSF獲勝的關(guān)鍵。

與此同時，波音正在利用其商用飛機專業(yè)知識，再次與洛克希德馬丁公司合作開發(fā)機載激光器(ABL)。TRW也發(fā)揮了重要作用。ABL將在747-400F上安裝一個兆瓦激光器，用于在升壓階段擊落戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈。更重要的是，就像波音公司重新打入戰(zhàn)斗機業(yè)務(wù)一樣，ABL團隊的執(zhí)行董事保羅·辛納姆(Paul Shennum)開玩笑激光式飛機有朝一日只能讓他的公司過時的傳統(tǒng)戰(zhàn)斗機開玩笑，只是半開玩笑。

自動化技術(shù)東部是東海岸領(lǐng)先的自動化/機器人貿(mào)易展，提供微軟，IBM洛克希德馬丁等數(shù)百種最新的組件，控制器和取放器。

任命Alan Mulally(1996年度設(shè)計新聞工程師)擔任波音防務(wù)與太空集團負責人，這再次強調(diào)了建造軍用飛機的業(yè)務(wù)。將777從CAD幾何學引導(dǎo)到世界航空公司的人現(xiàn)在將看到在公司軍事方面實施的“商業(yè)最佳實踐”?？磥?，每一個項目都充滿了“三七”精神。

實現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢。國防和太空集團的首要軍用飛機計劃目前是F-22猛禽。波音聲稱F-22是飛機技術(shù)的一次飛躍，遠遠超過F-15，因為后者領(lǐng)先于二戰(zhàn)時期的P-51野馬。

在過去，空中優(yōu)勢是在一場獨立戰(zhàn)斗中完成的。隨著來自許多國家，特別是俄羅斯的大量2馬赫戰(zhàn)斗機進入市場，未來可能無法實現(xiàn)這一目標。Raptor駕駛員的策略是偷偷靠近他們的對手，靠近“超級”發(fā)動機，產(chǎn)生馬赫1+速度而沒有加油加力燃燒器，然后用AMRAAM擊打它們，然后再出現(xiàn)在另一個人的雷達上。

在波音公司，核心競爭力已經(jīng)意味著機翼和系統(tǒng)集成以及數(shù)字設(shè)計定義。該公司在開始使用777時，不是簡單地接受現(xiàn)成的設(shè)計和制造包，而是利用其航空航天工程專業(yè)知識和裝配飛機的經(jīng)驗來開發(fā)FlyThru。這種自行開發(fā)的動態(tài)建模應(yīng)用程序使工程師能夠從CATIA實體模型中生成數(shù)字模型。實際上，工程師使用FlyThru在屏幕上預(yù)先組裝飛機。

FlyThru數(shù)字模型幾乎消除了F-22上的物理原型，以便校對組件。波音只需要建造一個實體模型，發(fā)動機艙，這就是為了證明發(fā)動機拖車的設(shè)計，并展示快速拆卸和更換Pratt&Whitney F119渦扇發(fā)動機。

如果777計劃為數(shù)字設(shè)計定義設(shè)定了新的標準，猛禽隊下方的工程師正在努力制定昨天這些標準的新聞。“我們的目標是在F-22上更好地整合設(shè)計和制造，而不是商業(yè)方面在777上，”該計劃的首席系統(tǒng)工程師Regina Fritz-Ruddy說。“我們吸取了經(jīng)驗教訓(xùn)并對其進行了改進。在F-22上，我們將配件誤差減少了90%，并將牽伸時間縮短了50%。”

F-22計劃不是軍用飛機部門首次接觸CAD。波音公司是B-2精神轟炸機計劃的分包商，諾斯羅普·格魯曼公司是其中的主要計劃。諾斯羅普·格魯曼公司使用其專有的NCAD設(shè)計軟件，波音公司維護設(shè)計人員，使用該系統(tǒng)來完成合同工作。然而，NCAD被F-22團隊視為“老派”。

洛克希德馬丁公司也使用波音公司的代碼。德克薩斯州沃思堡的工程師，負責中央機身部分的設(shè)施，以及負責前部，控制面和穩(wěn)定器的瑪麗埃塔，GA工廠都在CATIA上。在飛機上有許多點，來自所有三個設(shè)施的工作都接觸到了，例如在翼根處。Pratt&Whitney F119發(fā)動機和其他分包系統(tǒng)也必須適應(yīng)。Fritz-Ruddy表示，通用的設(shè)計和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使遠程設(shè)計人員能夠有效地協(xié)同工作。

根據(jù)波音公司F-22后機身集成產(chǎn)品團隊經(jīng)理Douglas Wise的說法，該計劃與早期工作相關(guān)的關(guān)鍵改進包括設(shè)計，制造和工具工程師的共同定位。“我們坐在一起，”懷斯說。“我們分擔設(shè)計/建造責任。團隊的章程不僅僅是為了設(shè)計，而是要弄清楚如何構(gòu)建它。所有開發(fā)團隊都有類似的章程。這才是真正使F-22產(chǎn)品發(fā)揮作用的原因。”

“武器系統(tǒng)”成為“產(chǎn)品”的概念上的飛躍比單純的言論更為深刻。波音防務(wù)與太空集團并未在天空中占據(jù)一席之地。與商業(yè)兄弟一樣，它是一家為客戶競爭，構(gòu)建和交付商品的企業(yè)。“現(xiàn)在你需要花費開發(fā)成本 - 否則就是出價，失敗，解散，”工程副總裁溫斯洛說。“波音通過強調(diào)以客戶為中心的強大系統(tǒng)工程方法取得成功。我們強調(diào)產(chǎn)品的完整性和飛行安全性。”

F-22上制定的綜合設(shè)計/建造產(chǎn)品團隊包括專門組裝成品的工會小時工資人員。系統(tǒng)安裝人員Mark Knoll認為他對FlyThru數(shù)據(jù)的訪問可以避免他的悲痛。“數(shù)字模型甚至可以幫助工具，”Knoll說。“在審查用于保持機翼向上的框架的設(shè)計時，我們注意到該工具僅有6英寸的間隙，這對于某人來說是不夠的。他們能夠在框架建造之前修改設(shè)計。”

當然，Raptor是一種特殊的產(chǎn)品，并不是每個設(shè)計/構(gòu)建問題都可以通過數(shù)字方式解決。例如，中間翼梁的設(shè)計最初是指定復(fù)合材料。重量考慮鼓勵波音公司盡可能使用復(fù)合材料，大約三分之一的F-22是環(huán)氧樹脂，BMI或熱塑性塑料。對所討論的翼梁的進一步評估促使某些部分切換到鈦結(jié)構(gòu)。分析電子模型是否引導(dǎo)設(shè)計/構(gòu)建團隊進行此更改?

“我們在一個全尺寸的機翼測試部分發(fā)射了一個30毫米的炮彈，”F-22的制造經(jīng)理Jeffery Stone說。“這在全復(fù)合材料組件中造成了災(zāi)難性的破壞，所以我們選擇了鈦制造一些翼梁。我們用另一個圓形擊中了新的組件，它堅持了下來。”

戰(zhàn)爭的最后一個。將商業(yè)最佳實踐應(yīng)用于建造軍用飛機業(yè)務(wù)的挑戰(zhàn)之一是客戶的性質(zhì)。除了飛往美國空軍，美國海軍和美國海軍陸戰(zhàn)隊的顏色以及許多外國國旗的F-4幻影之外，建造一架吸引多種服務(wù)和外國客戶的戰(zhàn)斗機是一項艱巨的挑戰(zhàn)。

這一事實往往會使飛機計劃失去成本效益：生產(chǎn)數(shù)量。當冷戰(zhàn)時期的國防預(yù)算為武裝部隊提供了大量資金時，每個擁有噴氣式戰(zhàn)斗機部隊的服務(wù)都會訂購自己的首選飛機。有一些重疊的空間：海軍和海軍陸戰(zhàn)隊都在戰(zhàn)斗機中扮演F-18大黃蜂的角色。然而，在任何可能的情況下，每項服務(wù)都尋求自己獨特的飛機，并且由于資金可用，通常會得到它們。

在可預(yù)見的將來，這將不再可能。F-22很可能是美國生產(chǎn)的最后一架單線戰(zhàn)斗前線戰(zhàn)斗機。目前，空軍很可能在7000萬美元的飛機上購買不到500架飛機。這要求五角大樓減少陸軍的地面部隊來支付他們的費用。“未來的飛機將不得不花費比F-22少得多的成本，”工程副總裁溫斯洛坦率地說道。

經(jīng)濟學迫使武裝部隊的相關(guān)部門看到需要在一架飛機上實現(xiàn)標準化以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟。美國國防部高級研究計劃局(DARPA)研究多服務(wù)攻擊機的可行性最終導(dǎo)致國防部(DOD)向波音和洛克希德馬丁頒發(fā)合同，以制定他們自己的聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機概念。JSF旨在填補A-10，F(xiàn)-16，F(xiàn)-18和Sea Harrier等各種飛機所擁有的角色。它可能成為21世紀無處不在的戰(zhàn)斗機。

基礎(chǔ)JSF版本是空軍模型。它將是超音速的，旨在攜帶GPS引導(dǎo)的聯(lián)合直接攻擊彈藥和其他內(nèi)部海灣的軍械。海軍版本類似，但加強了起落架和用于傳統(tǒng)航母著陸的尾鉤。它的足跡足夠小，不需要折疊翼。美國海軍陸戰(zhàn)隊和英國皇家海軍都有幾乎相同的JSF要求，并將購買獲勝設(shè)計的STOVL模型。這架飛機將有略微修剪的機翼，使其能夠安裝在前兩棲攻擊艦和英國無敵級航空母艦的甲板升降機上。盡管存在這些差異，但所有JSF版本的外部線條基本相同。

共享部分。波音與麥克唐納道格拉斯合作，提出了一種JSF設(shè)計，每種服務(wù)的版本之間有90%的通用部件。波音正在設(shè)計一個能夠生產(chǎn)所有三個版本的單一生產(chǎn)設(shè)施。此外，該飛機將由一臺F119發(fā)動機提供動力，該發(fā)動機與F-22上使用的發(fā)動機相同，旨在進一步降低采購和維護成本。STOVL版本將搭載Rolls Royce垂直升降系統(tǒng)，類似于Harrier上使用的系統(tǒng)。

波音公司JSF候選人最獨特的方面是它的單件全復(fù)合材料機翼。軍事飛機部門的高級經(jīng)理蘭迪哈里森說：“我們的JSF是一個帶機身的機翼。”機翼是一個巨大的復(fù)合結(jié)構(gòu)，也可以作為燃料箱。“這種方法使波音公司能夠?qū)SF分解為四個易于管理的部分，這應(yīng)該簡化制造。

該公司已投資4.5億美元用于復(fù)合材料技術(shù)，工廠和設(shè)備，包括在西雅圖建造世界上最大的兩個高壓釜。該公司的一些專業(yè)知識來自其在B-2項目上的工作，其中一些是在費城波音直升機部門的V-22 Osprey傾轉(zhuǎn)旋翼計劃中得到了回報。該公司還將F-22上完善的大部分技術(shù)和工程實踐應(yīng)用于JSF。集成的產(chǎn)品團隊，其中許多成員是Raptor資深人士，正在使用CATIA和FlyThru。

憑借合同規(guī)定的可負擔性和性能，以及在50年計劃中多達5,000個單位的競爭，JSF獎的競爭將非常激烈。就美元而言，JSF可能是歷史上最大的飛機合同。兩個開發(fā)團隊都計劃在1999年推出可飛行的原型進行評估。兩個團隊都對勝利充滿信心(有關(guān)JSF的更多信息，請參閱“工程師爭取設(shè)計下一代戰(zhàn)斗機的權(quán)利”，作者：Marne Turk，DN， 97年2月17日)。

通過光和平。在軍事采購范圍的另一端是機載激光。在這里，波音公司，洛克希德馬丁公司和TRW公司正在密切合作，以實現(xiàn)這一革命性的武器系統(tǒng)(不知何故，稱ABL產(chǎn)品并不完全飛行)。廣泛的研究和開發(fā)工作以及低預(yù)期的生產(chǎn)數(shù)量使該計劃在回報方面處于更“高風險”的設(shè)計類別。

然而，聽聽波音公司的助推器，ABL將會對類似于火藥的戰(zhàn)爭產(chǎn)生影響。“ABL將徹底改變戰(zhàn)爭的方式，”ABL執(zhí)行董事Shennum說。“我們正在政治上和科學上進行斗爭，以明確這一點。”

ABL的尖端是TRW正在開發(fā)的可飛行化學氧碘激光器(COIL)。在行動中，COIL會在發(fā)射后摧毀敵方戰(zhàn)區(qū)射程彈道導(dǎo)彈(TBM)。實際上，ABL必須讓導(dǎo)彈上升或不起作用。“我們的殺戮機制是對助推器的災(zāi)難性破壞，”Shennum解釋說。這意味著ABL不會對進入的彈頭和再入飛行器有效。然而，它將在“分層”導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，在這種系統(tǒng)中，艦載和地面攔截導(dǎo)彈可以處理遠離ABL的導(dǎo)彈。

從政治和軍事的角度來看，ABL的目標以及何時重要的問題是重要的。這架飛機的目的是飛越友好的領(lǐng)土，擊落大約400公里外的導(dǎo)彈。因此，波音公司表示ABL沒有用于對抗洲際彈道導(dǎo)彈(ICBM)的射程，這將使其違反俄羅斯和美國簽署的反彈道導(dǎo)彈條約(ABM)。“除非空軍想要嘗試滲透飛行，否則”神經(jīng)沉思道。

COIL發(fā)射器位于747-400F貨機機頭的流線型炮塔中。機身的大部分中部和后部都裝有激光設(shè)備，其中包括化學品罐(在重新裝載之前足夠大約40次射擊)。使用的化學品不會產(chǎn)生可燃混合物，而噴射的廢氣則是水，碘和氯。由于ABL需要接觸云層以上的目標，因此COIL將在超過35,000英尺的高度發(fā)射。

定位是通過紅外搜索和目標(IRST)系統(tǒng)完成的，類似于引導(dǎo)照明器激光器的F-14 Tomcat所攜帶的系統(tǒng)。由洛克希德·馬丁公司開發(fā)的自動光束控制系統(tǒng)跟蹤導(dǎo)彈上升時的火熱羽流。模式識別算法確定照明器激光器應(yīng)該聚焦在目標導(dǎo)彈上的何處。這是高能激光器需要擊中以引起助推器階段的臨界開裂的地方。還將目標照明器激光器的返回與當?shù)卮髿鈼l件數(shù)據(jù)庫進行比較，以識別ABL和導(dǎo)彈之間的湍流。由馬薩諸塞州利特爾頓的Xinetics公司開發(fā)的可變形鏡子聚焦于殺傷激光，補償湍流。扎普!然后它'

“可變形鏡是一個關(guān)鍵部件，”Shennum說，這表明將所需的能量集中在目標上是至關(guān)重要的。洛克希德·馬丁面臨著最重要的設(shè)計挑戰(zhàn)之一。該公司負責開發(fā)波前傳感器，測量來自照明激光器的回波。該傳感器將有助于確定可變形鏡應(yīng)如何聚焦。“成功也取決于你的湍流模型和大氣數(shù)據(jù)庫有多好，”Shennum補充道。他表示，美國政府目前正在收集有關(guān)可能使用敵方TBM的地區(qū)的大氣數(shù)據(jù)，如朝鮮和東南亞。

研究和物理測試已經(jīng)驗證了ABL的概念和許多單個組件。20世紀70年代和80年代初的飛行激光實驗室計劃成功地摧毀了許多響尾蛇導(dǎo)彈。地面版的COIL摧毀了靜止和飛行目標，包括“硬”目標，如代表火箭級的金屬圓柱。現(xiàn)有的自適應(yīng)光學硬件超過了ABL要求。Shennum表示，ABL可以通過將光束保持在目標上更長時間來克服反射或燒蝕涂層或?qū)椥D(zhuǎn)等對策。

正如其核心競爭力理念一樣，波音公司正在ABL上進行系統(tǒng)集成工作。“真正的設(shè)計挑戰(zhàn)是將所有這些技術(shù)整合到飛機中，”Shennum說。“這就是波音最擅長的。”

波音軍隊的經(jīng)驗教訓(xùn)

集成的“設(shè)計/構(gòu)建”產(chǎn)品團隊可減少錯誤和工程時間。

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魚鷹：海洋鳥類從瀕臨滅絕的物種名單中脫穎而出

杜魯門總統(tǒng)曾經(jīng)說過，美國海軍陸戰(zhàn)隊在第二次世界大戰(zhàn)后試圖解散這項服務(wù)時，只有約瑟夫斯大林的宣傳機器。由于皮革頑固，軍團生活，貝爾/波音公司的V-22魚鷹傾斜轉(zhuǎn)子也是如此。

波音公司的直升機部門是軍事和航天集團的一個部門，它與V-22合作遇到了很多麻煩，它與貝爾合作開發(fā)。兩次撞車，其中一次造成7人死亡，但從未得到充分解釋：在致命的液體中懷疑有不確定的液體燃燒。布什總統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)下的國防部長迪克·錢尼(Dick Chaney)命令五角大樓不再為傾斜轉(zhuǎn)子計劃提供資金。魚鷹幾乎死了，除了一件事：海軍陸戰(zhàn)隊想要它。

魚鷹可以像直升機一樣起飛和著陸，像飛機一樣過渡到水平飛行，能夠以每小時300英里的速度運送超過500英里的25名士兵。魚鷹將允許美國海軍陸戰(zhàn)隊從他們的兩棲攻擊艦上演，從更遠的海岸“擊中海灘”。事實上，海軍陸戰(zhàn)隊可以一起繞過海灘，以確保內(nèi)陸的目標。他們提出了自己的觀點，而魚鷹又回來了。第一批生產(chǎn)裝置現(xiàn)在正在費城的波音直升機上建造。

“幸運的是，有新的技術(shù)使我們能夠在對V-22的支持再次提升時對其進行改進，”波音直升機公司機動/機動概念總監(jiān)艾倫·舒恩說。由于用復(fù)合材料取代了大部分機身，重生的魚鷹比它的前身更輕。結(jié)合和粘接技術(shù)使波音公司能夠生產(chǎn)出更大的結(jié)構(gòu)，并消除了數(shù)以萬計的緊固件。這些緊固件在先前的設(shè)計中引起了許多對準問題。高速加工技術(shù)允許更快和更準確地制造剩余的鋁部件。聲明Schoen：“我們簡化了設(shè)計，并在此過程中使其更加強大。

好吧，也許不是。但是未來的傾斜轉(zhuǎn)子的精神在波音直升機上證明是鼓舞人心的。民用傾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子正在開發(fā)中，型號為609，比Osprey小，但具有多功能性。細長的工藝被定位為繁瑣的公務(wù)機的替代品，這需要大量的跑道。609將能夠在擁擠的城市地區(qū)運營，例如美國東北走廊，空中交通密集，機場設(shè)施獲得高價。在最近的巴黎航展上，30名客戶每人購買10萬美元，購買裝配線上的第一批609。

防御

憑借其在聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機，F(xiàn)-22猛禽，機載激光和V-22魚鷹的工程工作，波音防御組織處于現(xiàn)代軍事技術(shù)的最前沿。而且，該公司正在通過實施其在商業(yè)領(lǐng)域所學到的知識來削減該技術(shù)的成本。