С чистого листа: Pilatus PC-24

Проект самолета Pilatus PC-24 создавался с чистого листа. Еще в 2010 году он существовал только на бумаге, а в феврале 2018-го, всего восемь лет спустя, первый самолет PC-24 уже прошел сертификацию Европейского агентства авиационной безопасности (EASA) и Федерального авиационного управления США (FAA) и точно в срок был поставлен первому заказчику — американской компании PlaseSense, специализирующейся на оказании услуг авиаперевозок.

Модель PC-24 является уникальной по многим параметрам. В отличие от своего крепкого младшего брата — знаменитого PC-6, или популярного турбовинтового PC-12, двухмоторный PC-24 добавляет в линейку моделей Pilatus оттенок реактивного лоска: просторный трансформируемый салон, летные характеристики легкого реактивного самолета, возможность совершать посадки более чем в 20 тысячах аэропортов, в том числе на грунт и на высокогорные полосы. Новый самолет оснащен грузовой дверью, через которую легко проходит стандартный поддон. На борт удобно загружать багаж пассажиров любого размера — даже целый мотоцикл.

Свыше трехсот высококвалифицированных специалистов занимались разработкой PC-24 — нового самолета от Pilatus. В их числе — Никола Буономо и Алессандро Скотти. Буономо — итальянский специалист по нагрузкам и динамике конструкции. В 1999 году он начал работу по проекту Pilatus как единственный инженер по нагрузкам. Сегодня в его группе работают семь человек. "Я начинал с PC-21, затем были PC-9, PC-7, PC-12 и вот теперь — PC-24. Вот краткое описание моего пути в самолетостроении. Девятнадцать лет. Время летит быстро", — рассказывает Буономо.

Скотти из Милана — специалист по нагрузкам и флаттеру. Он пришел в Pilatus восемь лет назад и занимался расчетом нагрузок при испытании PC-21 на флаттер. Затем он начал работу по проекту PC-24, вместе с Буономо создавая расчетную модель аэроупругости, которая помогла успешно справиться со сложностью проектирования подобного самолета.

"Когда мы начали работы по PC-24, мы старались сохранить универсальность модели PC-12, — рассказывает Буономо. — Мы знали, что нашим заказчикам нужен самолет, способный летать дальше и быстрее при сохранении остальных характеристик модели Pilatus PC-12 — например, наличие грузовой двери и отличных взлетно-посадочных характеристик. У нас возникла идея обеспечить загрузку мотоцикла в заднюю часть фюзеляжа. Разумеется, это оказалось непростой задачей".

Отличительная особенность компании Pilatus в том, что это частная компания, не получающая государственного финансирования. Буономо, Скотти и их коллеги постоянно ищут новые способы добиться успеха в работе. Все начинается на этапе аванпроекта, затем создаются эскизный и технический проекты. В начале специалисты применяли устаревшие системы, чтобы получить хотя бы примерные исходные данные для расчета.

"Проектируя крылья, мы начинали с чистого листа. Где их разместить: над или под фюзеляжем? Куда поставить горизонтальный стабилизатор — на фюзеляж или сверху на киль? А как быть с двигателями?" — рассказывает Буономо. "По мере разработки эскизного проекта мы сталкивались с все большими ограничениями, — добавляет Скотти. — Поэтому мы стали искать другие решения. Никола и я имели разный опыт работы. Он уже присматривался к Simcenter, а я на прошлой работе имел дело с аналогичными решениями LMS для проведения испытаний. При этом мы оба шли в одном направлении".

Инженеры стали думать о способах применения таких решений, как Simcenter 3D и Simcenter Testlab, на ранних этапах разработки. Будучи специалистами по нагрузкам, они хорошо знали, что настоящая работа начнется после завершения эскизного проекта.

"Мы понимали, что придется потратить время на обучение. Мы начали работать с Simcenter Testlab и Simcenter 3D, потому что знали — это высокоэффективные инструменты для проведения наземных вибрационных испытаний. Мы изучили эти системы задолго до проведения испытаний, чтобы хорошо подготовиться. Иначе мы бы опоздали с подготовкой данных. Поскольку мы работаем в самом начале процесса создания самолета, это замедлило бы весь проект PC-24", — добавляет Буономо.

Внедрение Simcenter шло параллельно с разработкой PC-24. В начале использовались те же методы, что и при проектировании PC-12, но всем было очевидно, что в этот раз надо работать по-новому. "Создание PC-24 было крайне непростым делом. С технической точки зрения мы переходили от турбовинтового самолета к двухмоторному реактивному. Особые трудности для компании Pilatus составлял значительный рост скорости полета. Мы работали в совершенно неизвестных областях, — вспоминает Буономо. — Для достижения поставленных целей нам требовалось выбрать нужные инструменты, чтобы предоставлять коллегам корректные данные по нагрузкам и результаты расчетов. Другие группы разработчиков жаловались, что инженеры по нагрузкам постоянно опаздывают".

"Чем раньше мы получаем корректные результаты испытаний, тем с большей уверенностью работают все участники процесса. Добиться этого одновременно и очень легко, и очень сложно, — добавляет Скотти. — Кроме того, нужно помнить и о летчиках-испытателях. Именно им придется поднять опытный образец в воздух и испытать его на пределе возможностей. Поэтому в ходе летных испытаний летчики задают много вопросов про флаттер, деформацию крыльев и нагрузки. В Simcenter Testlab мы просто показываем им формы колебаний. Это дает летчикам уверенность в самолете при полете на предельных режимах".

При создании PC-24 разработчикам требовалось самое лучшее решение из пакета Simcenter. Они начали с Simcenter Testlab для проведения виртуальных испытаний новой модели Pilatus PC-24. Это было особенно важно, потому что для начала коммерческой эксплуатации требовалось гарантировать соблюдение множества сертификационных требований.

"Нашей целью было внедрение Simcenter Testlab на ранних этапах, а затем мы добавили и Simcenter 3D. Это существенно повысило качество конечноэлементной модели — теперь мы могли учитывать результаты натурных испытаний и выполнять корреляции. Мы полностью положились на Simcenter 3D и оптимизировали расчетные модели, чтобы они лучше отражали реальное поведение конструкции", — рассказывает Скотти.

Создание точного цифрового двойника — непростая задача. Но когда инженеры знают, что расчеты выполняются абсолютно точно, подтвердить соответствие нормативным требованиям оказывается намного проще. Можно доказать, что измеряемые значения отлично коррелируются с расчетными, полученными еще на первых этапах разработки.

"Результатом должен стать цифровой двойник, соответствующий требованиям органов сертификации. Двойник должен точно отражать реальность. С инженерной точки зрения мы обычно говорим о корреляции. Все элементы работают вместе: результаты натурных испытаний применяются для повышения качества конечноэлементных моделей. Я думаю, можно сказать, что это — объединение физической реальности и цифрового мира", — говорит Буономо.

Сегодня многие авиационные предприятия серьезно обеспокоены вопросами сертификации. Многие — но не Pilatus. В декабре 2017 года компания получила сертификаты EASA и FAA. Она стала первой европейской компанией, сертифицировавшей легкий реактивный самолет по методике определения соответствия AMC-S20.

"EASA предъявляло нам очень жесткие требования. Хотели мы этого или нет — нам пришлось улучшать всю работу. Что касается испытаний, Европейское агентство авиационной безопасности хотело знать, что именно мы делали и зачем. Именно на этом этапе мы в полной мере воспользовались инструментами из пакета Simcenter, чтобы представить результаты испытаний на наземные вибрации и флаттер. По испытаниям на наземные вибрации мы смогли продемонстрировать хорошую корреляцию между результатами расчетов и натурных испытаний. Мы также показали весь ход испытаний на флаттер и выявленные моды колебаний", — поясняет Скотти.

"Два инструмента из пакета Simcenter — Simcenter 3D и Simcenter Testlab — очень помогли нам, обеспечив уверенное прохождение сертификации. Наш опыт оказался очень положительным", — считает Буономо.

Поскольку проект PC-24 разрабатывался с нуля, уже первые наземные испытания на вибрацию должны были предоставить массу полезной информации. Использование решений из пакета Simcenter существенно ускорило процесс, повысило качество моделей и опытного образца, а также помогло получить больше сведений о прочности конструкции.

Как это обычно и бывает при проведении испытаний на вибрацию, работа велась круглосуточно на протяжении двух недель и с привлечением специалистов из Simcenter Engineering. У компании Simcenter Engineering имеется собственная аппаратура Simcenter SCADAS на 256 каналов, поэтому для сбора данных достаточно было добавить лишь пару акселерометров.

"В конструкцию был внесен ряд изменений, которые требовалось проверить в ходе наземных испытаний на вибрацию. К счастью, у нас были решения Simcenter и специалисты из Simcenter Engineering, поэтому на этапе испытаний мы смогли изучить именно то, что было необходимо", — отмечает Буономо.

Скотти добавляет: "Внедрив Simcenter 3D, мы убедились, что движемся в правильном направлении. Основным фактором успешного проведения испытаний на вибрацию стало то, что и мы, и коллеги из Simcenter Engineering использовали одно и то же программное обеспечение: Simcenter Testlab и Simcenter 3D. Мы обменивались данными прямо на месте. Именно по этой причине цикл испытаний прошел так быстро и позволил нам получить нужную информацию".

"Гибкий подход и быстрая реакция специалистов из Simcenter Engineering очень помогли в успешном и своевременном проведении испытаний на вибрацию. К тому же мы убедились, что наши проектные решения вполне работоспособны. Сотрудники компании Pilatus выражают благодарность коллегам из Simcenter Engineering за оказанную помощь. Их обширные знания помогли нам уложиться в крайне жесткие сроки".