Применение средств инженерного анализа помогает развивать бизнес компаний

Системы Femap и NX Nastran позволяют компании ­MT-Propeller создавать лучшие изделия за счет снижения потребности в испытаниях опытных образцов, повышая тем самым технологичность продукции и способствуя росту продаж.

С момента появления реактивных самолетов количество производителей винтовой авиационной техники заметно сократилось, а сама она утратила свою актуальность. Но сегодня пропеллерные авиалайнеры снова завоевывают популярность, особенно на ближних рейсах, например на европейских региональных маршрутах. Они быстрее, расходуют меньше топлива, производят меньше вредных веществ на выхлопе и теперь стали почти столь же тихими и лишенными вибраций, как модели с реактивными двигателями. Важнейшую роль в наметившейся тенденции играет компания MT­Propeller Entwicklung GmbH — один из трех оставшихся в мире производителей самолетных пропеллеров. Расположенная в аэропорту г.Штраубинг (Германия), эта компания доминирует на европейском рынке авиационных пропеллеров. За период с момента своего основания в 1981 году этой производственно­технической компании среднего размера удалось захватить доминирующую 85­процентную долю рынка пропеллеров для новых самолетов. Средний рост компании в последние годы составлял 20­25%  ежегодно. В настоящее время  происходит активное расширение деятельности MT­Propeller на значительно большем по объему и стратегически важном рынке США.

Управляя самолетом Extra 330SC, пилот Мартин Альбрехт стал победителем Чемпионата Германии по высшему пилотажу 2010 года

В группу компаний MT­Propeller Group входят фирмы MT­Propeller Entwicklung GmbH, MT­Propeller Gerd Mühlbauer GmbH, Avia Propeller и MT­Propeller USA, Inc. По всему миру на этих предприятиях трудятся около 150 человек. Успех в конкурентной борьбе стал результатом высокого уровня инноваций, постоянных совершенствований, наличия глобальных сетей продаж и технического обслуживания.

Эффективность и качество — орудия в конкурентной борьбе

Инновационные пропеллеры компании MT из натуральных композитов завоевывают всё большую популярность на целевых рынках. Летчики высшего пилотажа всего мира, а также известные поставщики комплектующих для самолетов самостоятельной сборки доверяют этим высокотехнологичным изделиям. Крупные производители авиационной техники также признают впечатляющие преимущества изделий компании MT­Propeller. Особая конструкция лопастей из натурального композита защищена патентом. Лопасти состоят из сердцевины, выполненной из пластифицированного дерева, покрытия из армированного стекловолокном пластика и защитной металлической обшивки. Такие лопасти легче алюминиевых и отлично гасят вибрацию. В то же время предел прочности лопастей на разрыв соответствует прочности стали, и они практически не подвержены явлению усталости металла.

Именно такой материал применен в пятилопастном пропеллере, разработанном компанией MT­Propeller для установки на двухдвигательный авиалайнер Dornier 228 NG производства RUAG Aerospace. В результате достигнуто снижение массы конструкции примерно на 35 кг, а уровень шума в пассажирском салоне и снаружи самолета снизился вдвое. Наконец, данный турбовинтовой самолет теперь имеет гораздо большие скороподъемность и максимальную скорость полета.

Перспективная компания, которую возглавляют инженеры, приложила немало усилий, чтобы достичь сегодняшнего уровня конкурентоспособности, и планирует дальнейшее расширение доли рынка за счет внедрения инноваций. Начиная с проектирования изделия, собственного производства и заканчивая техническим обслуживанием — все процессы оптимизированы для достижения идеального результата. Группе разработчиков из восьми человек удается создавать огромное количество конструкций благодаря применению настраиваемой модульной системы из 28 основных вариантов и примерно 300 видов лопастей. Данная система постоянно пополняется новыми проектами. Компания MT­Propeller достигла высочайших стандартов точности и качества вследствие применения современных систем автоматизированного проектирования (CAD) и автоматизации подготовки производства (CAM), а также расчетов методом конечных элементов. Цель ясна — сократить число опытных образцов. Каждый образец — это задержка сроков поставки готовой продукции примерно на семь недель. Это связано с тем, что до выхода на рынок лопасти пропеллера должны проходить длительные сертификационные испытания на долговечность и усталостную прочность.

Раздвигая границы возможностей материалов

Возможность точно предсказывать поведение взаимодействующих материалов критически важна при проектировании лопасти из композитных материалов. С этой целью компания MT­Propeller с 1998 года полагается на программу конечно­элементного анализа (МКЭ) Femap и решатель Nastran.  «Femap и NX Nastran сыграли важнейшую роль в росте компании, — считает Мартин Альбрехт (Martin Albrecht), президент MT­Propeller и нынешний чемпион Германии по высшему пилотажу. — Это превосходные инструменты для нашего бизнеса. С их помощью мы постоянно раздвигаем границы свойств материалов и изготавливаем гораздо более легкие, но не менее безопасные конструкции».

Независимый от применяемой CAD­системы пре­ и постпроцессор Femap помогает компании MT­Propeller выявлять и устранять слабые места деталей на ранних этапах проектирования, что стало решающим фактором резкого роста качества продукции. В компании MT­Propeller внедрено удобное для пользователей решение, работающее под управлением любой стандартной операционной системы Windows и выполняющее статические, динамические, линейные и нелинейные расчеты. В системе анализируется поведение напряжений в лопасти пропеллера во всех режимах работы. При этом Femap способен моделировать поведение самых разнообразных материалов, а также различные виды их соединений.  «Femap — великолепный инструмент для нашей компании, — отмечает Альбрехт. — Тот, кто создал эту систему, безусловно, гений».

Региональный пассажирский самолет Jetstream 32 производства British Aerospace

Компьютерные расчеты чаще всего подтверждают многолетний опыт инженеров MT­Propeller и их понимание поведения конструкции, но со значительным преимуществом: предварительные оценки точно рассчитываются в Femap, а теперь и в NX Nastran.

Процессы имитационного моделирования и контроля проектных решений в компании MT­Propeller реализуются с вероятностью ошибки менее 1%. Для выполнения инженерного анализа конструкторы преобразуют созданные в CAD­системе 3D­модели в конечно­элементый вариант, а затем легко передают их в Femap. Именно в Femap задаются свойства всех материалов и описываются сложные граничные условия. Решатель NX Nastran выполняет расчет всего за четыре­пять часов. Таким образом, удается быстро получить конечный результат, а любые неточности в граничных условиях своевременно выявляются. Высокая гибкость и быстрая реакция системы значительно сокращают потери времени.

Выявление проблем на ранних этапах

Пре­ и постпроцессор Femap доказал свою полезность, когда на только что запущенном в производство пропеллере произошло разрушение соединения стали с композитными материалами. Сначала причиной было названо нарушение технологии производства, но анализ при помощи Femap и NX Nastran показал: применяемый клей не смог вынести высокое напряжение сдвига, что явилось серьезной проблемой, так как серийное производство лопасти уже началось. С помощью Femap удалось подобрать другой способ укладки слоев волокон в композите, что и решило задачу.  «Благодаря анализу методом МКЭ мы смогли снизить напряжение в материале на треть», — вспоминает Альбрехт. Результат был незамедлительно внедрен в технологию производства.  Пять недель спустя реальное испытание подтвердило, что найденное при помощи Femap решение безопасно и может быть реализовано.

Компания MT-Propeller повысила качество продукции благодаря применению ПО для конечно-элементного анализа

Результаты прочностного расчета втулки пропеллера

Сегодня с помощью Femap и NX Nastran компания MT­Propeller изготавливает всего один опытный образец каждой лопасти, которая, как правило, идет в производство без дальнейших изменений. За счет этого удалось резко снизить и без того неплохой показатель: ранее в среднем изготавливались один­три опытных образца. В итоге MT­Propeller достигла значительной экономии времени разработки.

Сегодня компания на 99% уверена, что созданная компьютером модель соответствует реальному изделию. Новая разработка пропеллеров для самолета Jetstream 41 производства BAE Systems подтверждает высокие показатели, достигнутые в MT­Propeller. Пропеллеры для 32­местного двухдвигательного турбовинтового самолета с максимальной скоростью полета 600 км/ч были изготовлены всего за шесть месяцев. На взлетном режиме двигатели самолета развивают тягу в 3,2 т при мощности 1680 лошадиных сил, а его винты были спроектированы в срок и работают безотказно. 

www.mt­propeller.com

САПР и графика 11`2011