Легкие конструкции с помощью Генератора Форм (порождающего проектирования)

Airbus Аэрокосмическая промышленность и ОПК

Autodeskи Airbus разработали бионическую перегородку салона самолета, вес которой на 55% ниже предыдущей версии

Легче, прочнее, дешевле

Одна из главных задач проектировщиков самолетов — создавать максимально легкие конструкции. Уменьшение веса лайнера и его компонентов равнозначно для авиаперевозчиков сокращению расхода топлива и, как следствие, себестоимости полета и объема выбросов С02 в атмосферу. В 2015 году для решения этой задачи компания Airbus и Autodesk использовали принципиально новый подход — технологию Генератора Форм, или так называемого порождающего проектирования, которая позволяет создать оптимальную по весу структуру, подобную внутренней структуре кости, а затем выпустить «бионический» компонент, используя современные промышленные аддитивные технологий, в т.ч. 3D-печать.

Первой деталью, в разработке которой была применена данная технология, стала перегородка, отделяющая отсек бортпроводников от основной части самолета. При проектировании этой конструкции, находящейся в хвостовой части самолета, возникает ряд сложностей. Как и другие детали, перегородка должна быть легкой и крепкой и при этом выдерживать вес стюардесс, которые во время взлета и посадки сидят на прикрепленных к ней откидных стульях. Кроме того, перегородка должна иметь специфические выемки, в том числе для монтажа сидений.

«Мы поставили перед собой цель — сократить вес перегородки на 30%, —  рассказывает Бастиан Шафер (Bastian Schaefer), менеджер по инновациям в Airbus. — И выбранная технология себя более чем оправдала».

Природа как главный технолог

Первые разработки в области порождающего проектирования были сделаны в рамках проекта The Living, который впоследствии стал частью Autodesk, усилив позиции компании в области исследований синтетической биологии.  После присоединения к Autodesk команда The Living продолжила объединять биологию с архитектурой, теперь уже создавая программное обеспечение, которое в основе своей работы использует законы самой природы, а не просто информацию о материалах.

«Порождающее проектирование, аддитивные технологии и развитие новых материалов уже изменили подходы к производству во многих отраслях, а инновационные компании, такие как Airbus, показывают, как эти технологии работают в реальности. И речь не о каком-то интересном теоретическом эксперименте. Создан функциональный компонент, который мы предполагаем увидеть в самолетах в самое ближайшее время».
Джеф Ковальски (Jeff Kowalski), технический директор Autodesk

Для работы над перегородкой самолета специалистами The Living была использована структура слизевиков — одноклеточных организмов, которые в природе умеют создавать прочные соединения между двумя статичными точками. Алгоритм моделирования, разработанный в рамках проекта, повторял принцип роста костей млекопитающих. 

От теории к реальным проектам

«Непосредственно работа над деталью началась с того, что нами были заданы свойства конечного продукта — внешние формы перегородки, параметры ее структуры и критерии функциональности, — рассказывает Давид Бенжемин (David Benjamin), глава проекта The Living. — Далее, по заданному алгоритму программное обеспечение строило максимально легкую структуру. Итоговый дизайн представлял собой паутинообразный узор в рамках заданного контура, который выглядел бессистемным, однако формировал сеть оптимальным образом размещенных опорных точек».

Перегородка должна выдерживать вес бортпроводников, что является важным условием при проектировании
Перегородка должна выдерживать вес бортпроводников,
что является важным условием при проектировании

Финальная конфигурация перегородки, полученная проектировщиками, была на 55% легче детали, которая сегодня используется в Airbus. На ее производство уходит минимально возможный объем инновационного материала Scalmalloy, специального сплава сплава алюминия, магния и скандия.

Благодаря возможностям облака с бесчисленным количеством центральных процессоров (CPUs) участники проекта получили оптимальный вариант конструкций из десятков тысяч, рассчитанных в рамках заданных параметров. По словам Давида Бенжемина, проектировщик не может добиться подобных результатов при традиционном подходе:

«Если перед человеком поставить задачу соединить все точки между собой, он начнет двигаться по периметру или наоборот идти от центра, последовательно рисуя связи. Для человеческого мозга, подчиненного определенным правилам, сложно думать о всем многообразие связей, которые могли бы соединить соседние точки и при этом объединить все точки в единую структуру».

Перегородка должна выдерживать вес бортпроводников, что является важным условием при проектировании

Готовность ко взлету

Бионическая перегородка проходит испытание в реальных условиях полета

Распечатанный на 3D-принтере прототип новой перегородки подвергся огромному количеству статических и динамических тестов, воспроизводящих все возможный условия, которые могут возникнуть в полете. Первая фаза тестирования перегородки успешно завершена.

В действующих самолетах перегородка может найти применение уже в следующем году. После того как данная технология будет применяться для создания всех кабин самолетов A320, заказанных клиентами Airbus на данный момент, компания сократит ежегодный выброс С0более чем на 465 тыс. тонн, что равнозначно выбросам, которые делают порядка 96 тыс. автомобилей в течение года.

О компании

Airbus одна из крупнейших авиастроительных компаний в мире, образованная в конце 1960-х годов путём слияния нескольких европейских авиапроизводителей. Производит пассажирские, грузовые и военно-транспортные самолёты.