i-deas를활용한항공장비의 virtual design process - mplo · 2016-03-26 · 기초모델링...

Copyright © Siemens AG 2008. All rights reserved.Copyright © Siemens AG 2008. All rights reserved.

I-DEAS를 활용한 항공장비의

Virtual Design Process

삼성탈레스 기술연구소 기구설계그룹

이한진,조혁재,김대진, 문우용

Copyright © Siemens AG 2008. All rights reserved.

Description1. 목적

2. Virtual Design Process

2-1. Virtual Design Process 개요

2-2. 설계요구사항분석

2-3. 기초설계(외형 기초모델링)

2-4. 기초설계(조립성 및 체계 장착성 검토)

2-5. 기본설계-공력해석

2-6. 기본설계-구조해석

2-7. 기본설계-열해석

2-8. 상세설계

2-9. 요약

3.결론

목차


Description

항공장비설계

•항공장비는 전차나 개인휴대장비에 비하여 보다 가혹한 환경아래에서 장비가운동된다. 또한 장비를 보다 경량화 해야하는 문제점을 갖고 있다. 따라서 장비를 작고 튼튼하게 만들어야 한다.

•항공장비는 항공기가 비행상태에서 동작하여 그 목적을 달성하게 된다. 따라서 동작 중 문제가 발행하면 문제점을바로 파악하여 원인을 분석할 수 없다.

•항공기외부에는 연료탱크, 항공무장, 각종 전자장비등 다양한 장비들이 한정된 공간에 장착된다. 이러한 장비들이기구적으로 서로 간섭되지 않고 장착이가능하도록 설계되어야 한다

항공장비 설계의 문제점

-가혹한 운용환경 : 항공장비는 지상장비에 비하여 예측하기 힘든다양한 환경에 노출되어 있다.

-장비 접근성 취약 : 장비가 항공기에 장착되어 운용되기 시작하면장비에 문제가 발생하여도 사후 정비/수정이 힘들다.

-타 장비와 간섭우려 : 항공기는 목적에 따라 여러 장비를 장/탈착하기 때문에 타 장비와 간섭을 사전에 검토할 필요가 있다.

Virtual Design Process를 적용하여 설계오류 최소화

1. 목적

Virtual Process의 장점

-주요 설계 Factor를 사전에 추출하여 검토할 수 있다.

-다양한 설계 Factor를 동시에 검토할 수 있다.

-각 Factor들에 대한 실시간 Feed Back이 가능하다.

Virtual Process

•Virtual Process를 적용하여 항공장비설계에 필요한 Input Factor를 사전에파악하여 기본설계단계부터 적용이 가능하다.

•다양한 항공기 외부 장착장비와 간섭을 사전에 체크하여 기구적인 설계오류를 최소화 할 수 있다.

•설계에 필요한 다양한 Factor들을 동시에 검토할 수 있어 설계에 시간을 단축할 수 있다.


Description

설계요구사항분석

•설계요구사항분석단계에서는 시스템 요구사항정의 및 분석, 기술적/기능적 요구사항 분석이 이루어진다. 이 단계는 많은 양의 데이터가 필요로 하고 또한 많은사용자들이 정보를 공유해야 한다. 이러한 일들이 동시에 진행되도록 STPDM을활용한다.

설계프로세스

•항공기외부장착장비는 예측하기 힘든다양한 환경에 노출되어 있으며, 장비에 문제가 발생 시 바로 접근이 불가능하므로 설계단계에서 발생 가능한 모든경우의 수를 검토해야 한다.

기본설계

•기본설계단계에서는 기초모델링을 활용하여 사용환경, 운영조건, 시험조건, 적용규격을 만족하도록 공력해석,구조해석, 열해석을 진행한다.

상세설계

•상세설계에서는 기본설계에서 확정된최종 Data를 바탕으로 제작이 가능한 상세모델링을 진행한다. 상세모델링 후 제작도를 작성하여 제작을 진행한다.

기초설계

•기초설계단계에서는 제품의 대략적 형상이 결정된다. 제품의 대략적 형상에는제품의 외형, 체계와의 장착 조건 등이포함되며, I-DEAS Modeler로 작업이 진행되며, 복잡한 3차원 Surface는 Alias Studio를 활용한다.


-시스템 요구사항 분석 및 개발

- 기술적/기능적 요구사항 분석

- PDM

기초설계

-외형 기초모델링

-장착조건 및 체계인터페이스

-Alias Studio + I-DEAS Modeler

-I-DEAS Assembly, Mechanism

설계프로세스 및 각 단계별 항목

설계단계 검토항목 적용Tool

상세설계 -조립체 구성

-제작도 작성

I-DEAS Modeler, Drafting

기본설계

-공력해석

-구조해석

-열해석

-Fluent + I-DEAS Modeler

-Nastran + I-DEAS Modeler

-Flotherm + I-DEAS Modeler

2-1. Virtual Design Process


Description

2-2. 설계요구사항분석


•설계요구사항은 장비의 목표성능을 바탕으로 산출된다. 그리고 이러한 내용을 분석하기 위해서는 다양한 부분에대하여 많은 데이터를 분석해야 한다. 각 해당 분야는 분야별 담당조직이 담당하며 결과에 대해서는 공유가 필요하다.

정보공유

•정보공유는 STPDM을 통해서 이루어지며, 공유뿐만 아니라 기존 자료를 공유하여 활용하도록 한다.

요구사항요건

•정확성-요구상항이 사실에 대한 오류가없어야 함

•완전성-요구사항이 모든 제약사항과 조건을 포함

•명료성-요구사항에 사용된 용어가 별도의 분석 작업 없이 판독 가능해야 함

•일관성-요구사항이 다른 요구사항과 상충되지 않아야 함

•추적가능성-상위/하위 요구사항의 상호 추적 및 연계가 가능해야 함

•시험가능성-요구사항을 시험을 통해 검증이 가능해야 함

설계요구사항에 요구되는 정보와 자료를 PDM을 활용하여 공유 및 분석

[Product Data Management]

신규DATA신규DATA

[User-1][User-1]

[User-2][User-2]

[User-3][User-3]


Description

기초모델링

•기초모델링단계에서는 제품의 기본적인 외형 형상이 구성된다.

•외형 형상 및 크기는 설계요구사항을만족하는 범위 내에서 결정된다.

•기본적인 모델링은 I-DEAS Modeler에서 이루어지며 I-DEAS Modeler에서 구현하기 힘든 곡면은 Alias Studio에서모델링을 진행하여 I-DEAS에서 추가적인 작업을 진행한다.

기초모델링 검토내용

•기초모델링 단계에서는 내부레이아웃, 외형형상, Assy단위의 분해조립, F/T 등이 결정 후 모델링을 진행한다.

내부레이아웃

•내부레이아웃에서는 장비의 구성품의수량 및 각 구성품의 크기가 결정되며 각구성품의 장착위치가 결정된다.

•각 구성품의 위치 및 배열을 기본설계단계의 열해석에 영향을 주는 요소이므로주의 깊은 검토를 필요로 한다.

외형형상

•내부레이아웃을 바탕으로 외형이 결정되며 재질 및 제작 방법을 고려하여 진행되어야 한다.

•외형 모델링에서 I-DEAS Modeling상에서 진행하기 힘들거나, 복잡한 형상의3차원 곡면일 경우에는 Alias Studio에서 진행한다.

I-DEAS Modeler와 Alias Studio를 활용하여 장비 내/외부형상에 대한 기초레이아웃확정

2-3. 기초설계(외형 기초모델링)

[I-DEAS Modeler] + [Alias Studio]

STEP file

STEP file

[내부레이아웃 구성]

I-DEAS Modeler상에서장비의 내부레이아웃을구성한다. 내부레이아웃은장비의 외형을 결정하는기초가 되는 자료이므로공기저항과 무게가 최소가되도록 배치한다.

[외부레이아웃 구성]

I-DEAS Modeler상에서진행된내부레이아웃자료를바탕으로 외형을 구성한다. 내부구성품의 형상정보는STEP파일로 변환하여사용한다. 최종적으로모델링된 DATA 역시STEP파일로 변환하여적용한다.


Description

조립성 및 체계장착성 검토

•장비가 항공기에 장착되어야 원하는기능을 수행함으로 체계장착 및 인터페이스는 장비 성능에 중대한 영향을 미친다.

장착조건

•장착조건은 기본설계단계의 구조해석에영향을 미치는 요소이므로 기초설계단계에서 명확하게 결정되어야 한다.

간섭체크

•항공기는 복잡한 구조물이며 또한 많은장비들이 장/탈착된다. 따라서 간섭체크가 필수적이다.

•먼저 Wing, Landing gear등의 항공기구조물과 간섭체크가 필요하다.

•연료탱크, 각종 미슬 등과의 간섭체크가필요하다.

•간섭체크는 장비가 장착되었을 때 뿐만아니라 장착상태에서 장비를 점검할 때커버 개폐 시 간섭, 구성품 분해/조립 시간섭을 검토해야 한다.

분해조립

•기초설계단계에서 분해조립은 Sub-assy 별로 검토한다. 분해/조립은 체계에 장착 또는 분리된 상태를 고려하여 검토한다. 이는 설계 요구 사항을 바타으로진행한다.

•기본설계 이후에 분해/조립 절차가 변경된다면 기본설계를 다시 진행해야 하는 문제가 발생한다.

I-DEAS Assembly와 Mechanism을 활용하여 분해조립 및 구동부 간섭점검

2-4. 기초설계(조립체구성 및 체계 간섭)

[I-DEAS Assembly] + [I-DEAS Mechanism]

[간섭체크]

I-DEAS Mechanism을 적용하여 내부구성품 분해조립 시/체계장착 시항공기 외부 구조물 및 기타장착장비와의 간섭을 검토한다.

[Family Tree 구성]

I-DEAS Assembly를 활용하여 전체구성장비의 F/T를 구성한다. 이때각 레벨단계별로 Sub-Assy를구성하여 구분이 가능하도록 한다.


Description

공력해석

•I-DEAS Modeler에서 수행된 모델링data를 바탕으로 Fluent을 활용하여 공력형상을 최적화한다.

외부조건

•공력해석은 외부조건,내부조건, 장비운용조건에 큰 영향을 받는다.

•외부조건은 탑제항공기의 속도, 고도, 외기온도/기압, 비행조건 등이다.

내부조건/장비운용조건

•내부조건으로는 장비의 형상, 재질, 비행임부시나리오등 이다.

•장비운용조건은 장비가 플랫폼에 고정된 형태이냐 아니면 구동하는 형태이냐에 따라 해석 방향과 목적이 달라진다

해석결과

•공력해석의 목적은 공력형상을 최적화하는데 있다. 플랫폼에 고정되는 포드형태일 경우에는 전두부 형상을 결정하는것이 될 것이고, EOTS의 경우 처럼 구동하는 경우에는 공력모멘트를 최소로 한느데 그 목적이 있다.

2-5. 기본설계-공력해석

[I-DEAS Modeler] + [Fluent]I-DEAS Modeler와 Fluent를 최적화된 공력형상 도출

[외부조건]

공력해석의 외부조건은탑제항공기의 속도/고도, 외기온도/기압, 비행조건 등이다.

[내부조건]

공력해석의 내부조건은 장비형상, 재질, 비행임무시나리오 등이다.

[해석결과]

공력해석을 통해 최적화된 전두부형상을 결정한다.


Description

구조해석

•I-DEAS Modeler에서 수행된 모델링data를 바탕으로 Nastran을 활용하여 구조적안정성을 확보함

외부조건

•항공장비의 특성 상 외부조건이 끊임없이 변함

•비행환경:공력하중, 관성하중과 항공기이착륙시 발생되는 진동/충격량이 고려되어야 한다.

•대기상태:직접적으로 비행속도가 고려되어야 하며, 간접적으로 비행고도, 기압등을 검토해야한다.

내부조건

•내부조건으로는 장비의 재질, 형상, 체결형태 등이다.

•지상장비와 달리 외부조건의 변화가 큼으로 완전 밀폐된 구조이다.

구조적 안정성확보

•구조해석의 목표는 구조적 안정성을 확보하는 것이다. 해석을 통해 구조적 취약부분을 분석하여 형상을 수정하거나, 재질이 변경하거나, 체결방식을 변경하여구조적 안정성을 확보해 나간다

•구조해석단계는 한 번의 해석으로 이루어지지 않고 최초 해석데이터를 설계에반영하고 이를 다시 해석하여 원하는 결과가 나왔는지 다시 검토한다.

2-6. 기본설계-구조해석

[I-DEAS Modeler] + [Nastran]I-DEAS Modeler와 Nastern을 활용하여 구조적 안정성 확보

[외부조건]

구조해석의 외부조건은비행환경/조건, 공력하중, 관성하중, 이착륙 시 진동/충격, 대기상태, 비행속도/고도 등이다.

[내부조건]

구조해석의 내부조건은 주재질의특성, 외부형상, 내구구조물형상,체결형태 등이다.

[해석결과]

구조해석을 통해 최적 형상결정 한다


Description

열해석

•I-DEAS Modeler에서 수행된 모델링data를 바탕으로 Flotherm을 활용하여열적안정성을 확보함

외부조건

•항공장비의 특성 상 외부조건이 끊임없이 변함

•장비에 가장 큰 영향을 주는 외부조건으로는 항공기 속도/고도, 외기온도, 기압등이다.

내부조건

•내부조건으로는 장비의 재질, 발열량 등이다.

•지상장비와 달리 외부조건의 변화가 큼으로 완전 밀폐된 구조이다.

해석결과

•Flotherm을 적용하여 열적인 부분은검토하며 이를 다시 I-DEAS Modeler에적용하여 장비를 설계한다.

•해석으로 검토되는 부분은 내부 구성품의 배치, 내부 냉각방식(수냉/공냉), 내부유로 등을 결정하게 된다.

2-7. 기본설계-열해석

[I-DEAS Modeler] + [Flotherm]I-DEAS Modeler와 Flotherm을 활용하여 열적 안정성 확보

[외부조건]

열해석의 외부조건은 외기온도, 비행고도, 비행속도, 외부기압등이다.

[내부조건]

열해석의 내부조건은 내부구성품의 발열량, 주요재질, 풍량, 내부온도 등이다.

[해석결과]

열해석을 통해서 각 발열체의배치, 내부냉각방식을 결정한다.


Description

상세모델링

•상세모델링 단계에서는 기본모델링에서확정된 데이터를 바탕으로 제작이 가능한 형태로 모델링을 진행한다.

•제작 방법에 따라 모델링 방안을 결정하며, 도면작성을 고려하여 모델링 형상을검토한다.

•상세모델링은 I-DEAS Modeler를 활용하며 완료된 모델링파트는 I-DEAS Drafting에서 도면을 작성하게 된다.

제작도 작성

•제작도는 I-DEAS Drafting을 활용하여

작업하며 상세설계가 완료된 3차원 파트를 활용하여 작업한다.

•각 제작도가 완료되면 I-DEAS Assembly에서 구성된 조립체를 바탕으로 조립도를 구성하게 된다. 조립도에는 외부구성/내부구성 및 분해형상이포함된다.

제작

•완료된 도면을 바탕으로 각 부품을 제작하게 된다. 제작은 2D-도면은 3차원 모델링을 참고하게 된다.

2-8. 상세설계

[I-DEAS Modeler] + [I-DEAS Drafting]I-DEAS Modeler와 Drafting을 활용하여 상세모델링 및 제작도작성

[제작도작성]

상세모델링 파트에 대한 제작도를I-DEAS Drafting상에서 진행한다. 각구성품에 대한 제작도 뿐만 아니라각 Sub-Assy 및 전체 Assy에 대한조립도도 작성한다.

[상세모델링]

기본설계단계에서 검토된 내용을바탕으로 상세설계를 진행한다. 상세설계를 바탕으로 제작도를작성하고제품을 제작하기 때문에제작성을 고려하고 모델링을 한다.

조립도 작성

•조립도는 실제 제품을 제작하는 것과 직접으로 관련은 없지만 각 부품을 조립하기 위해서 필요함으로 각 조립체별로 조립도를 작성한다..


Description

2-9. 요약

열적

안정성

열적

안정성

외부

형상

외부

형상

구조적

안정성

구조적

안정성최적공

력형상

최적공

력형상

설계에 필요한 다양한Factor들을 동시에검토하여 피드백이가능하다.

설계에 필요한 모든Factor들을 동시에적용하여 설계를진행하여 소요시간을절약할 수 있다.


Description

3. 결론

Virtual Design Process

다양한 설계 Factor의

사전 추출

검토된 결과의 실시간

설계반영

설계결과의 신속한

피드백

설계오류 최소화

i-deas를활용한항공장비의 virtual design process - mplo · 2016-03-26 · 기초모델링...

Documents