這款Leopard聲稱有一個新的位置

Herts，England--使用一套軟件包，Chichester-Miles Consultants Ltd.(CMC)的工程師正在設(shè)計一款四座噴氣式飛機(jī)，每小時行駛500英里。該公司表示，這架名為Leopard的飛機(jī)將成為第一架同樣規(guī)模的飛機(jī)。飛機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵是工程軟件的廣泛使用。在扮演關(guān)鍵角色的項目中：Algor，AutoCAD和NISA II。一個有市場的想法。在英國航空航天業(yè)工作的30年間，CMC的董事長兼首席執(zhí)行官Ian Chichester-Miles見證了噴氣式飛機(jī)的發(fā)展，其規(guī)模從大型飛機(jī)到公務(wù)機(jī)。1980年，他決定將噴氣推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于基本的四座飛機(jī)。

在這個為期一周的課程中，我們將看到兩個低成本但功能豐富的電子設(shè)計自動化(EDA)程序：CircuitStudio和KiCad。

他帶著幾張鉛筆畫，開始創(chuàng)造一架足夠靈活的飛機(jī)，可輕松進(jìn)出小型機(jī)場，但功能強(qiáng)大，足以實現(xiàn)全面的噴氣式飛機(jī)性能。他的目標(biāo)是在40,000英尺或以上飛行500英里/小時。

但是滿足這些要求是不夠的。奇切斯特 - 邁爾斯也希望確保乘客的舒適度。這意味著減少噪音和振動，并提供足夠的空間特征，難以融入小平面。“除非你設(shè)計攜帶嬰兒，否則你不能只是縮小一架大飛機(jī)，”他說。“人們不僅要改變從大型飛機(jī)到小型飛機(jī)的尺寸。”

為了減少內(nèi)部噪音，奇切斯特 - 邁爾斯設(shè)計了Leopard，發(fā)動機(jī)位于飛機(jī)后部，遠(yuǎn)離客艙。但他仍需要一種緊湊的飛機(jī)配置，能夠以低成本容納四個人和必要的操作設(shè)備。解決方案：以類似于高性能跑車的方式模擬飛機(jī)的內(nèi)飾。

汽車設(shè)計的影響并不止于此。CMC研究了幾架大型飛機(jī)上的環(huán)境控制系統(tǒng)，以確定它們?nèi)绾魏喕⒔档统杀?。在大型飛機(jī)中發(fā)現(xiàn)的典型空氣循環(huán)系統(tǒng)既輕便又高效，但也非常昂貴。最終的決定是使用類似于汽車中使用的流體循環(huán)系統(tǒng)。

回歸本源。位于英國貝德福德的飛機(jī)研究協(xié)會有限公司(ARA)負(fù)責(zé)CMC原始原型飛機(jī)(001)機(jī)翼的三維成型。ARA使用其內(nèi)部的3-D全勢流方法來創(chuàng)建空氣動力學(xué)設(shè)計;而結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是手工完成的。001主要是一種粗略的概念驗證原型，于1988年12月首次在英國貝德福德的皇家飛機(jī)公司飛行。飛機(jī)完成了大約100次試飛，只出現(xiàn)了一個真正的問題：

從那以后，CMC一直在努力更新和重新設(shè)計Leopard。新版本具有更高的有效載荷和比001更高的性能，并且它是加壓的。這意味著工程師不再需要依靠手工計算來實現(xiàn)他們所需的高效可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計。因此，工程軟件在設(shè)計過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

工程師使用Algor的Linear FEA軟件和Composites附件對Leopard的穩(wěn)定器進(jìn)行應(yīng)力分析。CMC的首席設(shè)計師Chris Burleigh需要知道穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)的肋骨和翼梁之間內(nèi)部載荷的分布。他還對穩(wěn)定器的整體彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度以及由于分布的壓力負(fù)載而在蒙皮板中局部彎曲效應(yīng)的大小感興趣。

由于穩(wěn)定劑的結(jié)構(gòu)主要是在環(huán)氧樹脂基質(zhì)中縫合的碳纖維織物，Burleigh選擇將該區(qū)域分析為正交各向異性板，因為他們知道可以很容易地手工計算層壓板的性能。他計算了板的厚度和模量，以得到與等效復(fù)合材料相同的膜和彎曲剛度。他通過分離面板膜載荷和彎矩，并校正每層材料來獲得面板彎曲。

對加壓客艙的屋頂進(jìn)行分析還需要使用Algor軟件。“這時我已經(jīng)對Algor和我使用它直接進(jìn)入復(fù)合材料建模師的能力有了足夠的信心，”Burleigh說。他使用玻璃纖維/環(huán)氧樹脂外殼將屋頂?shù)姆涓C夾層板作為厚夾層元件放入Algor模型中，使用每層的實際屬性。簡單的層壓分析提供了壓力輸出，表明了薄弱區(qū)域。

他還使用Algor對實體組件進(jìn)行建模，并將它們與復(fù)合元素模型相結(jié)合。例證：機(jī)翼襟翼內(nèi)側(cè)端的大型配件，用于將襟翼執(zhí)行器負(fù)載傳遞到襟翼結(jié)構(gòu)中。襟翼本身由薄復(fù)合板元件表示，并由實心磚元件裝配。通過在Algor的Superdraw中創(chuàng)建幾何體，然后拉出每個組件以創(chuàng)建單獨的較小模型來構(gòu)建模型。Burleigh解碼并重新組合了這些模型中的每一個。“這使得模型及其輸入數(shù)據(jù)更易于處理。它還允許修改和刪除模型的各個部分，而不會干擾整個模型，“他解釋說。

表面建模步驟。在飛機(jī)后部設(shè)計發(fā)動機(jī)艙時，目標(biāo)是通過盡可能靠近發(fā)動機(jī)安裝整流罩來最小化正面區(qū)域。Burleigh同樣關(guān)注提供流暢的流線型外形并采用“S”形進(jìn)氣管。

首先用手按比例繪制發(fā)動機(jī)和吊艙。Burleigh將Algor的Superdraw中的基本橫截面和線條構(gòu)造為弧形和圓形，并將它們轉(zhuǎn)換為平滑的閉合NURB樣條。在劃分封閉的樣條并刪除一半后，他將剩余的部分轉(zhuǎn)移到Algor的Supersurf并在它們上面創(chuàng)建了一個NURBS曲面。然后他用鏡像來代替失蹤的一半。

Burleigh通過觀察沿著吊艙表面的關(guān)鍵部位的橫截面來檢查發(fā)動機(jī)上方的間隙。他修改了樣條并構(gòu)造了新的曲面，以達(dá)到臨界點所需的0.25英寸間隙。繪制了幾個橫截面全尺寸，因此可以在木材中創(chuàng)建可用空間的“負(fù)面”模型。當(dāng)模型顯示仍然需要修改時，Burleigh重建了表面并調(diào)整了模型。他通過將地塊粘在纖維板上并用帶鋸切割出來，直接從全尺寸地塊制作原型工具。“總的來說，”他說，“Supersurf已被證明非常有用。”

CMC的外部顧問Carlton Matthew使用Engineering Mechanics Research Corp.(EMRC)的NISA II FEA軟件對機(jī)翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。他使用薄復(fù)合板和正交異性復(fù)合磚元素創(chuàng)建了一個復(fù)雜的機(jī)翼模型。Matthew進(jìn)行了幾項分析，以開發(fā)設(shè)計并與原型測試結(jié)果建立相關(guān)性。最終，他為機(jī)翼設(shè)計創(chuàng)造了一個全新的模型。

回到繪圖板。CMC的電氣和航空電子設(shè)計師使用AutoCAD LT為鈑金支架生成接線圖和圖紙。Burleigh指出，該包裝非常經(jīng)濟(jì)實惠，即使是相當(dāng)復(fù)雜的部件也是如此。

與此同時，其他工程師一直在使用AutoCAD Release 12為Leopard生成大部分2-D圖紙。該公司聲稱其技術(shù)不是很先進(jìn)，因為它不使用實體模型或復(fù)雜的組件，但這不是一個問題。根據(jù)Burleigh的說法，“使用AutoCAD，我們可以非常快速地生成良好的工作圖紙，并在需要時立即修改它們。”最好的部分，他說：“我們在沒有大量設(shè)備或人力投資的情況下這樣做。”

向前進(jìn)。001原型機(jī)配備了英國考文垂Noel Penney Turbines(NPT)有限公司的兩臺低功率NPT301渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。轉(zhuǎn)換后的導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)僅用于001，NPT計劃為飛機(jī)的最終版本開發(fā)新發(fā)動機(jī)。但是當(dāng)NPT破產(chǎn)時，整個Leopard項目推遲了一年，直到CMC與密歇根州Walled Lake的威廉姆斯國際公司合作。

威廉姆斯為CMC的第一架生產(chǎn)配置飛機(jī)002開發(fā)了FJX-1發(fā)動機(jī)，目前正在英國Dilton Marsh的Designability研發(fā)中心建造。FJX-1的額定功率為680磅 - 推力，其功率是NPT301的兩倍多。這對002來說沒問題，但對于最終的飛機(jī)來說還不夠。威廉姆斯目前正在為最終噴氣式飛機(jī)研究擬議的1,000磅推力發(fā)動機(jī)。

物質(zhì)犧牲。002由所有復(fù)合材料部件制成，主要是碳或石墨環(huán)氧樹脂。為了降低模具成本，CMC使用低溫固化樹脂代替高溫樹脂。但并非沒有懲罰：結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度 - 重量方面的效率不如高溫樹脂那么好，因此飛機(jī)的重量更大。盡管如此，該公司表示該比率優(yōu)于同等金屬結(jié)構(gòu)。

Leopard似乎提供商務(wù)旅行者想要的一切：速度，舒適性和個人飛機(jī)的便利性。但安全呢?奇切斯特 - 邁爾斯堅持認(rèn)為Leopard將像任何其他經(jīng)過適當(dāng)認(rèn)證的飛機(jī)一樣安全。事實上，他說這架飛機(jī)的設(shè)計與大型公務(wù)機(jī)的設(shè)計相似，直到其機(jī)翼和尾翼的標(biāo)準(zhǔn)防冰系統(tǒng)。