Počítačová podpora konstruování na Leteckém ústavu VUT FSI

Letecký ústav VUT (Vysoké učení technické) FSI (Fakulta strojního inženýrství) v Brně (http://lu.fme.vutbr.cz/) se zabývá vzděláváním v oblasti letectví, výzkumem a zkoušením letadel a letecké techniky. V rámci inženýrského studia nabízí dvě specializace: Stavba letadel a Provoz letadel. Studium specializací je dvouleté (4 a 5. ročník studia na fakultě) a absolventi specializací zde získávají nejen znalosti konstrukce a provozu letadel, ale i obecné dovednosti, které jim umožňují uplatnit se v projekčních, konstrukčních, technologických, výrobních a výzkumných pracovištích i mimo letecký průmysl.

Výzkumné aktivity Leteckého ústavu jsou zaměřeny na oblast využití moderních výpočetních metod (numerické metody v aerodynamice a pevnosti leteckých konstrukcí - CFD a FEM metody, široká aplikace CAD nástrojů při parametrickém modelování konstrukcí a jejich částí) a dále do oblasti praktických zkoušek (pevnostní zkušebna certifikovaná ÚCL pro statické a únavové zkoušky, letová měření na letové zkušebně). Ve všech výzkumných aktivitách jsou intenzivně zapojeni studenti, především postgraduálního studia.

Letecký ústav spolupracuje s několika průmyslovými podniky na nových projektech, při výzkumu a vývoji nebo zkouškách, které jsou prováděny ve zkušebně autorizované Úřadem pro civilní letectví. Letecký ústav rovněž dlouhodobě spolupracuje s evropskými univerzitami jak v oblasti vzdělávání, tak v oblasti výzkumné činnosti, kde se v stále širší míře zapojuje do evropských výzkumných projektů.

Letecký ústav byl zřízen v roce 1993 a jeho prvním ředitelem byl jmenován dosavadní vedoucí katedry letadel prof. Ing. Antonín Píštěk, CSc., odborník z praxe, který výuku i práci Leteckého ústavu ještě větší měrou spojuje s potřebami průmyslové praxe, aniž by utrpěla teoretická úroveň výuky. Nosnými směry, jimiž se chce Letecký ústav mimo jiné profilovat v oboru letadlové techniky, jsou v prvé řadě moderní výpočtové metody v oblasti komplexní pevnostní a dynamické analýzy leteckých konstrukcí, včetně aeroelasticity. Dále to je oblast aerodynamiky a mechaniky letu se zaměřením na zpřesňování výpočtových modelů pro účely projektování letadel. V tomto směru je Letecký ústav velmi dobře vybaven počítačovou technikou i špičkovými programovými systémy. Výzkumné výkony Leteckého ústavu vzrostly po dobudování zkušebny letecké techniky, zaměřené primárně na pevnostní a dynamické zkoušky malých letadel a jejich celků. Toto vysokoškolské pracoviště vedle výukových a výzkumných úkolů realizuje i vývojové práce pro český státní i soukromý letecký průmysl, především v moravském regionu.

Organizační schéma ústavu

CATIA V5

Využití 3D systému CATIA na Leteckém ústavu muže být rozčleněno do třech kategorií:

• Výuka počítačové podpory konstruování a výroby zaměřená na letecké konstrukce
• Podpora při realizaci studentských projektů
• Výzkum v oblasti počítačové podpory projektovaní z hlediska efektivního využití moderních softwarových systémů při návrhu, vývoji, výrobě a provozu letadel

Výuka

Se základy počítačové podpory konstruování a výroby zaměřené na letecké konstrukce se studenti Leteckého ústavu setkávají hned v prvním semestru prvního ročníku navazujícího magisterského studia, a to v rámci předmětu „Počítačová podpora konstruování a výroby“.

Cílem tohoto předmětu je seznámit studenty s metodami a základními principy při navrhování leteckých konstrukcí s využitím moderních počítačových systémů.

Jako hlavní výukový prostředek je využíván 3D CAD systém CATIA V5. Studenti se seznamují s efektivními metodami procesu 3D CAD konstruování od počátečního návrhu, přes přípravu výroby až k finálnímu zpracování výkresové dokumentace, či přímému opracování pomocí CNC strojů. Studenti pak s výhodou využívají možnosti počítačové podpory při řešení různých technických problémů i v průběhu dalšího studia. Níže je uvedeno několik ukázek studentských prací řešených v rámci tohoto předmětu. Jedná se o plošné master modely letadel, které studenti zkonstruovali na základě 2D skic.

Zlin Z-42M (M. Horák)

L-159 ALCA ( M. Weis)

Jetranger 206B-3 (M. Kolařík)

Projekty

S velkou výhodou je počítačová podpora konstruování využívaná také pří realizaci různých studentských prací a projektů jednak v rámci magisterského, ale i doktorského studia. Mezi jinými jde například o projekty VUT 700 SPECTO a M-2 SKAUT.

VUT 700 SPECTO je bezpilotní celokompozitový letoun, navržený pro kategorii MINI UAV se základními parametry:

• rozpětí : 4,2 m
• max. vzletová hmotnost : 20 kg
• hmotnost prázdného letounu: 12 kg
• výkon motoru: 3,88 kW
• maximální rychlost: 150 km/h
• cestovní rychlost: 120 km/h
• pádová rychlost: 55 km/h

a s určením:

• měření letových výkonů a vlastností
• identifikace aerodynamických charakteristik
• testování bezpilotních technologií
• experimentální ověřování nových aerodynamických metod (aktivní řízení mezní vrstvy na křídle letounu pomocí syntetických trysek)

Letoun byl vyvíjen, navrhován a vyráběn z velké části pomocí 3D CAD systému Catia V5. Byl vytvořen 3D parametrický model letounu z ploch pro využití při návrhových analýzách a následně i při výrobě forem pro jednotlivé konstrukční celky.

parametrický model VUT 700 SPECTO

VUT 700 SPECTO v reálu

VUT 700 SPECTO

M-2 SKAUT, vítězný projekt v soutěži Aircraft Design and Handling Competition, získal pro autora Petra Kubíčka i cenu Gaudeamus (Česká Hlava). Vzniknul v rámci řešení několika diplomových prací a jedná se o rekonstrukci prototypu sportovního dvoumístného letounu vyrobeného v roce 1948. Jednou z hlavních částí tohoto projektu bylo právě vytvoření virtuálního prototypu tohoto letounu.

Základní parametry:

• rozpětí : 9,4 m
• max. vzletová hmotnost : 600 kg
• hmotnost prázdného letounu: 320 kg
• výkon motoru: 74 kW
• maximální rychlost: 260 km/h
• cestovní rychlost: 220 km/h
• pádová rychlost: 72 km/h

M-2 SKAUT, virtuální prototyp (CATIA V5)

Výzkum

Jednou z aktuálních priorit Leteckého ústavu v oblasti počítačové podpory projektovaní je získat, popsat a kvalitativně vyhodnotit co nejvíce parametrů důležitých pro efektivní využití PLM systému v letecké výrobě.

Dobrá a efektivní implementace PLM systému je podmíněná dokonalou znalostí mnoha faktorů (návrhové a výrobní procesy, správa dat, firemní komunikace, atd.). Velkou výzvou do budoucna je propojení schvalovacího, či certifikačního procesu letadel s PLM systémem tak, aby byl například Úřad pro civilní letectví účastníkem tohoto systému jako jedna s kooperujících složek s vlastním, přesně vymezeným přístupem. Mohlo by tak dojít k významnému zjednodušení komunikace a určitě i k zrychlení certifikačního procesu.