Автореферат (Метод оптимизации расстановки датчиков при автоматизации акустических испытаний)

На правах рукописиОРДИНАЛЕКСЕЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧМЕТОД ОПТИМИЗАЦИИ РАССТАНОВКИ ДАТЧИКОВ ПРИАВТОМАТИЗАЦИИ АКУСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙСпециальность 05.13.12.«Системы автоматизации проектирования»(отрасль – авиационная и ракетно-космическая техника)Автореферат диссертациина соискание ученой степени кандидата технических наукМосква2013 г.Работа выполнена на кафедре «Инженерная графика» вМосковском авиационном институте(национальном исследовательском университете)Научный руководитель:кандидат технических наук, А.В.

РипецкийОфициальные оппоненты:Профессор кафедры «Проектирование самолетов»Московского авиационного института, доктор техническихнаук, О.С. Долгов;Руководитель департамента Дженерал Электрик, кандидаттехнических наук А.Б. Аведьян.Ведущее предприятие: ОАО «Авиационный комплекс им. С. В.Ильюшина»Защита состоится27 декабря 2013 г. в 15часов 30 минут назаседании диссертационного совета Д212.125.13 Московскогоавиационного института (национального исследовательскогоуниверситета) по адресу:125993, Москва, Волоколамское шоссе, д. 4, главныйадминистративный корпус,зал заседания ученого совета.Просим Вас принять участие в обсуждении диссертационнойработы или прислать свой отзыв в двух экземплярах, заверенныйпечатью, по указанному выше адресу.Для участия в заседании диссертационного советанеобходимо заблаговременно заказать пропуск по тел.

(499)158-4591.С диссертацией можно ознакомиться в библиотекеМосковского авиационного института.С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайтеВАК РФ по адресу http://vak.ed.gov.ru. Автореферат диссертацииразмещен на сайте ВАК РФ «25» ноября 2013 гАвтореферат разослан 26 ноября 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного Совета Д212.125.13кандидат технических наук, профессор2Л.В.

МаркинОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ1. Актуальность проблемы. Стадия летных испытанийсамолета является неотъемлемым и важным этапом ввода его вэксплуатацию, поддержания его летной годности в процессеэксплуатации. Одним из важных этапов испытаний самолетаявляются акустические замеры в полете с целью определения уровнязвукового давления, действующего на самолет и оценки егоресурсных характеристик по условиям акустической прочности.Опытные исследования акустических воздействий, проводимыена специализированных стендах, и в ходе наземных и летныхиспытаний, как правило, оказываются дорогостоящими, трудоемкимии длительными.

Модельные стендовые испытания не всегдапозволяют воссоздать необходимые нагрузки. Кроме того, в условияхэксперимента исследуемые области конструкции не всегда могутбыть должным образом оснащены измерительными приборами,вследствие чего не могут быть получены полные данныепространственного распределения измеряемых параметров.Для проведения стендовых экспериментов необходимостроительство сложных инженерных сооружений или дажекомплексов.Одним из рабочих подходов в промышленности на текущиймоментявляетсясравнениерезультатовматематическогомоделирования и натурных испытаний и комбинация данных методовв рамках принятого доверительного интервала.Однако при установлении требований к аппаратуреавиационной техники по вибрационным нагрузкам за основупринимают результаты измерений на объекте, как наиболее близкоотражающие условия эксплуатации конкретного изделия.На этапе проектирования летательных аппаратов требования поусловиям эксплуатации аппаратуры задают по результатам измеренийна объектах-прототипах, а при отсутствии результатов измерений,параметры виброакустических нагрузок устанавливают расчетнымиметодами с использование алгоритмов, приведенных ниже.Современная концепция управления жизненным цикломизделия подразумевает поэтапную автоматизацию всех стадий цикларазработки, производства и эксплуатации изделия.

Автоматизацияпланирования и проведения эксперимента также являетсянеотъемлемой частью автоматизации проектно-конструкторскихработ. В части организации и проведения акустическихэкспериментальных исследований можно отметить существующуювысокую трудоемкость его проведения из-за наличия ряда факторов:3 ограниченность времени установки микрофонов для замеровакустического поля; записывающая аппаратура требует высокой квалификацииоператора, производящего контроль замеров акустическогополя; микрофоны требовательны к соблюдению технологии ихустановки на летательный аппарат.Пристальноевниманиекколебаниям,вызванныхакустическим воздействием, в последнее время объясняетсяпотребностью в более точной оценке ресурса планера самолетовразличных типов. Сложность обеспечения акустической прочностигиперзвуковых самолетов связана с высокими нагрузками иприменением внешней теплоизоляции, состоящей из материалов снизкими прочностными свойствами.Проведенный анализ рынка систем автоматизированногопроектирования (САПР) показал практическую неприменимостьпредлагаемыхпрограммныхпродуктовдлявыполненияконсервативной оценки при решении проектных задач в областиакустических исследований на стадиях летных испытаний.Актуальность проблемы и возможность ее решения на новомтехническом уровне обусловили выбор темы настоящегоисследования.

Объективно существующие противоречия междуповышением качества измерительных работ, сокращением сроковиспытаний и снижением материальных затрат привели кнеобходимости поиска новых методов и средств автоматизациипроведения акустических испытаний самолета. Решение даннойзадачи потребовало разработки новых программных продуктов,позволяющих в минимальные сроки рассмотреть множествоальтернативных компоновочных решений оснастки акустическогоэксперимента и оценить их влияние на подготовку и проведениеиспытаний самолета.

В результате, соискателем была созданаавтоматизированная система анализа компоновочных решенийтехнологической оснастки акустического эксперимента самолета,испытывающего широкополосные нагрузки в акустическомдиапазоне частот, которая сокращенно была названа автором какавтоматизированнаясистемаакустическогорасчетатехнологической подготовки летного акустического эксперимента(АСАРТП ЛАЭ), решающая перечисленные задачи в соответствиис предъявляемыми требованиями.Теоретической и методологической основой исследованиястали фундаментальные труды по проблемам авиационнойакустики, к которым относятся работы ведущих специалистов4ЦАГИ (А.

Г. Мунина, В. А. Максимова, В. Г. Дмитриева, Е. АЛеонтьева, В. Е. Квитки, А. М. Мхитаряна, В. Ф. Самохина, Р. А.Шипова, И. С. Загузова и др.).В частности, в работах А. Г. Мунина иВ. Е. Квитки рассмотрены проблемы воздействия авиационногошума на окружающую среду и человека, указаны основныеисточникишумасамолетов,данафизическаякартинашумообразования. В этих работах также рассмотрены различныеспособы снижения шума самолетов, изложена методологияпрогнозирования акустической обстановки в зоне аэропортов,учитывающая динамику парка самолетов и интенсивность ихэксплуатации. В работе А.

М. Мхитаряна приведено описаниематематических моделей, которые позволяют осуществить выбороптимальногоуправлениясамолетом,обеспечивающегоминимальные уровни шума. Важной основой при разработкематематических моделей воздушной атмосферы, акустикинеоднородной движущейся среды стали труды Д. И. Блохинцева, Л.М. Бреховских и О. А. Година, в которых рассматриваются вопросыакустики слоистых сред.Помимо работ в области авиационной акустики, в основуисследования положены фундаментальные труды, посвященныевопросам систем автоматизации проектирования, к которымотносятся работы авторов: И.П.

Норенков, В.В. Липаев, А.И.Петренко, Б.Я. Советов, С.А. Яковлев А.М. Молчанова, М.А.Щербакова, Д.С. Янышева, М.Ю. Куприкова, Л.В. Быкова, изарубежных авторов Кунщоо Лее, Виктор ЛопезЯуеро, ФранцискоМонтероСимарро, ЁсеПасцуал Молина Массо, ЭанВандердонцкт идр. А также труды по планированию эксперимента авторов: Г.И.Красовский, Г.Ф. Филаретов, А.С.

Нинул, Ю.П. Адлер, Е.В.Маркова, Ю.В. Грановский, в которых рассматриваются вопросыпланирования эксперимента и оптимизации целевых функций.Анализ работ показал необходимость тесной интеграциинаработоквобластитеоретическойаэроакустики,автоматизированногоформированиякомпоновкиоснасткиакустическогоэкспериментасамолетаирезультатовэкспериментальных исследований для дальнейшего повышениякачества принятия технических решений на этапах эксплуатациисамолета и создания современных прикладных пакетов САПРподготовки акустического эксперимента самолета.2. Целью работы является разработка научно-методическогообеспечения САПР для автоматизации проведения акустическихиспытаний самолета.Достижение поставленной цели диссертационной работы5осуществлено путем решения следующих задач: выявление места и состава задач акустического экспериментав рамках жизненного цикла самолета (ЛА); проведение сравнительного анализа вычислительныхметодов авиационной акустики; разработкановыхимодификациясуществующихматематических моделей и алгоритмов расчета откликапанелей и элементов планера самолета на внешнееакустическое воздействие; разработка метода оптимизации расположения датчиков приавтоматизацииакустическихиспытанийсамолетаиавтоматизация определения мест установки средствамиматематического; разработка алгоритмов и программного обеспечения САПРдля акустического эксперимента, интегрированного сосредствами геометрического моделирования (СГМ); верификация разработанного программного обеспечения напредметкорректностиполучаемыхрезультатовиприменимости на стадиях эксплуатации; выполнение проектных исследований и выработкарекомендаций инженеру-испытателю.3.

Методика исследования. Объектом исследования являетсяразработка научных основ построения средств САПР акустическогоэксперимента самолета.Предметом исследования является метод автоматизацииразмещения технологической оснастки для замеров уровняакустического давления.Декомпозиция задач, разработка моделей и алгоритмов САПРбазируются на принципах системного подхода. Выявлениерациональныхконструктивно-компоновочныхрешенийосуществлено на основе моделирования с помощью формальноэвристических процедур. Математическая задача отысканиярациональных значений параметров поставлена как задачамногокритериальной дискретной оптимизации.4.