Projektowanie i wytwarzanie konstrukcji lotniczych- VIII sem.

stacjonarne

jednolite magisterskie

obowiązkowy

W 18/x, C 16/+, Sem.12/+; łącznie 46 h na semestrze 7.

W 18/x, C 16/+, Lab.10/+; łącznie 44 h na semestrze 8.

razem: 90 godz., 5+4 = 9 pkt ECTS

Matematyka I – rachunek wektorowy, rachunek macierzowy, rozwiązywa-nia układów równań liniowych, znajomość zasad geometrii analitycznej.

Matematyka II – znajomość pojęcia pochodnej funkcji jednej zmiennej oraz całki nieoznaczonej i oznaczonej, umiejętność rozwiązywania równań róż-niczkowych zwyczajnych.

Matematyka III – znajomość pojęcia pochodnej funkcji wielu zmiennych oraz całki wielokrotnej, pojęcia ciągów i szeregów funkcyjnych.

Mechanika – podstawowe pojęcia z zakresu statyki, kinematyki i dynami-ki, znajomość wielkości fizycznych określających geometrię mas i prze-krojów poprzecznych, rozróżnianie pojęcia pracy, mocy i energii, metody roz-wiązywania zagadnień dynamiki poprzez równania ruchu lub bilans energii mechanicznej.

Podstawy konstrukcji maszyn – budowa, projektowanie i podstawowe obliczenia konstrukcyjne prostych maszyn.

Wytrzymałość materiałów i konstrukcji – podstawowe pojęcia z zakresu wytrzymałości materiałów, określenie zakresów pracy obciążonych kon-strukcji, sposoby wyznaczania naprężeń i przemieszczeń w typowych elementach i typach konstrukcji (pręty, belki, ramy, kratownice, płyty, tarcze, powłoki, wirniki).

Materiały lotnicze – stałe materiałowe i ograniczenia wytrzymałościowe określane dla materiałów stosowanych w lotniczych konstrukcjach no-śnych.

Wytrzymałość konstrukcji cienkościennych – obciążenia, wielkości naprężeń i typy deformacji w lotniczych konstrukcjach cienkościennych.

Aerodynamika – podstawowe wiadomości o opływach gazu wokół kon-strukcji – znajomość parametrów charakteryzujących opływ ośrodka, zna-jomość pojęcia cyrkulacji i mechanizmu powstawania sił aerodynamicz-nych na opływanym profilu, znajomość teorii aerodynamiki płata nośnego, zjawisko interferencji aerodynamicznej, rodzaje opływów ze względu na lokalną liczbę Ma, rozróżnianie opływu stacjonarnego i niestacjonarnego.

Konstrukcja statków powietrznych – podstawowe pojęcia i informacje z zakresu budowy i pracy lotniczych konstrukcji nośnych – umiejętność identyfikowania obciążeń działających na płatowiec w locie, umiejętność wyznaczania krzywej obciążeń dopuszczalnych, znajomość ograniczeń konstrukcyjnych oraz zasad realizowania prób, umiejętność rozróżniania typów obciążeń występujących na poszczególnych zespołach płatowco-wych oraz ich elementach, znajomość budowy i zasady działania układów sterowania, zasad doboru konfiguracji płatowca oraz metodyk projektowa-nia jego elementów, rozumienie pojęć bezpieczeństwa lotów, znajomość podstawowych przepisów i zaleceń z zakresu zdatności sprzętu latające-go.

Dynamika konstrukcji lotniczych – pojęcia podstawowe z zakresu dy-namiki konstrukcji, metody wyznaczania drgań eksploatacyjnych projek-towanych konstrukcji lotniczych.

Technologie lotnicze – znajomość własności i parametrów lotniczych materiałów konstrukcyjnych, znajomość procesów technologicznych sto-sowanych do wytwarzania typowych elementów stosowanych w konstruk-cjach płatowcowych i w napędach lotniczych, znajomość sposobu łącze-nia i montażu elementów dedykowanych na konstrukcje lotnicze.

semestry 7. i 8./ Lotnictwo i kosmonautyka/ spec.: samoloty i śmigłowce

dr hab. inż. Stanisław KACHEL, ppłk dr inż. Robert ROGÓLSKI, prof. dr hab. Inż. Jerzy GAWINECKI

Sumaryczne obciążenie za semestr VII i VIII

1. Udział w wykładach / 36 h

2. Udział w laboratoriach / 10

3. Udział w ćwiczeniach / 32 h

4. Udział w seminariach / 12 h

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 44 h

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 8 h

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 28 h

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / 28

9. Realizacja projektu / 0

10. Udział w konsultacjach / 26 h

11. Przygotowanie do egzaminu / 30

12. Przygotowanie do zaliczenia / 20 h

13. Udział w egzaminie / 4

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 278 godz./ 9 pkt. ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 120 godz./ 5 pkt. ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową: 210 godz./ 7 pkt. ECTS

Ocena jakości samolotów – analiza statystyczna parametrów taktyczno-technicznych. Algorytm kompleksowego projektowania statku powietrznego – spirala projektowania. Metody matematyczne w procesach optymalizacji. Wybór funkcji celu, zmiennych decyzyjnych (konstrukcyjnych) i ograniczeń pro-jektowych. Minimalizacja z ograniczeniami – metoda funkcji kary. Systemy i układy podlegające procesowi optymalizacji: geometria, aerodynami-ka, zespół napędowy, misja, osiągi, struktura i własności masowe.

Podstawowe wiadomości z zakresu współrzędnościowych systemów po-miarowych: wirtualne pomiary współrzędnościowe, digitalizacja, skanowanie. Zasady projektowania procesów technologicznych w systemach CAD/CAM. Moduły o wysokim poziomie funkcjonalności w procesach technologicznych. Podstawowe zasady tworzenia geometrii parametrycznej do procesów CAM. Obrabiarki sterowane numerycznie. Metody opracowywania postprocesorów w języku programowania GRIP . Technologie przyrostowe.

W 18 godz., C 16 godz., Sem.12 godz. – łącznie 46 h na sem. 7.

Wykłady / metoda werbalno-wizualna

1. Wprowadzenie do projektowania optymalnego – powiązania systemowe, atrybuty definicyjne procesu optymalizacji, stadia projektowania konstrukcji. / 2 godz.

2. Metody optymalizacji – przegląd i charakterystyka procedur. / 2 godz.

3. Programowanie liniowe, metody iteracyjne w zagadnieniach optymalizacji konstrukcji lotniczych. / 2 godz.

4. Język GRIP – narzędzie optymalizacji w projektowaniu konstrukcji lotniczych. / 2 godz.

5. Wstępny dobór parametrów masowych – obliczenia masy projektowej samolotu. / 2 godz.

6. Dobór parametrów geometrycznych płatowca – profile lotnicze, wymiarowanie skrzydeł, kadłuba i usterzenia. / 2 godz.

7. Dobór optymalnego obciążenia powierzchni nośnej i obciążenia ciągu. / 2 godz.

8. Wyznaczanie obciążeń płatowca – wpływ zmiany geometrii i współczynników aerodynamicznych. / 2 godz.

9. Kształtowanie struktury wytrzymałościowej – modelowanie dyskretne do analiz MES w środowisku CAD/CAE (wytrzymałość statyczna, optymalizacja wymiarowa, kształtowa i topologiczna). / 2 godz.

Ćwiczenia / rozwiązywanie zadań i problemów projektowo-obliczeniowych.

1. Zastosowanie programowania liniowego w poszukiwaniu rozwiązań optymalnych. / 2 godz.

2. Zastosowanie metod iteracyjnych w procesie projektowania konstrukcji lotniczych. / 2 godz.

3. Wykorzystanie języka GRIP do masowo-geometrycznej optymalizacji struktur lotniczych. / 2 godz.

4. Estymacja podstawowych wymiarów i masy samolotu – opracowanie charakterystyk trendowych w odniesieniu do bezwymiarowych paramerów geometrycznych, masowych i osiągowych, oszacowanie maksymalnej masy startowej. / 2 godz.

5. Wyznaczanie parametrów geometrycznych i masowych samolotu – rysunek geometrii płatowca, analiza wyważenia dla charakterystycznych konfiguracji. / 2 godz.

6. Dobór optymalnego obciążenia powierzchni nośnej i obciążenia ciągu. / 2 godz.

7. Optymalizacja geometrii skrzydła ze względu na kryterium minimalizacji oporu aerodynamicznego. / 2 godz.

8. Analiza wytrzymałościowa struktury skrzydła – wyznaczenie rozkładów sił i momentów, modelowanie fragmentu konstrukcji z zastosowaniem technik MES, obliczenia numeryczne dla parametrycznego modelu. / 2 godz.

Seminarium / audytoryjna prezentacja wyników samodzielnie opracowanych problemów.

1. Optymalne projektowanie skrzydła samolotu o minimalnej masie dla przyjętej misji. / 4 godz.

2. Zastosowanie metody graficznej w odniesieniu do optymalizacji wy-trzymałościowej prostych elementów konstrukcyjnych (pręty, belki, wały). / 2 godz.

3. Wielowymiarowy model optymalizacji kosztowej belki dźwigarowej – za-programowanie procesu wg metody dyskretnego przeszukiwania (Matlab). / 2 godz.

4. Przykłady obliczeniowe optymalizacji belek cienkościennych z zastosowaniem kryterium stałego wytężenia – wpływ zmiany geometrii przekroju. / 2 godz.

5. Rozwinięcie dyskretnego modelu lotniczej konstrukcji prętowej do optymalizacji wytrzymałościowej – model kratowego łoża mocowania silnika (MSC Patran / Nastran Optimization). / 2 godz.

W 18 godz., C 16 godz., Lab.10 godz. – łącznie 44 h na sem. 8.

Wykłady / metoda werbalno-wizualna

1. Zintegrowane systemy CAD/CAM/CAE jako środowisko rozwijania nowoczesnych rozwiązań konstrukcyjnych. Analiza zastosowań ZS w projektowaniu i wytwarzaniu lotniczych elementów konstrukcyjnych i maszynowych. / 2 godz.

2. Interpolacyjne metody opisu krzywych i powierzchni: współrzędne kartezjańskie, i jednorodne, przekształcenia w przestrzeni trójwymiarowej, parametryczny opis krzywych i powierzchni, segmenty kubiczne, krzywe spalinowe (Beziera, B-spline, NURBS) / 2 godz.

3. Metody optymalizacji konstrukcji; optymalizacja w prototypowaniu wirtualnym; optymalizacja konstrukcji – programowanie liniowe / 2 godz.

4. Projektowanie parametryczne na przykładach zespołów składowych statku powietrznego – metoda gradientowa optymalizacja krzywych. / 2 godz.

5. Projektowanie parametryczne na przykładach zespołów składowych statku powietrznego – metoda funkcji kary matematyczne modele . / 2 godz.

6. Obróbka mechaniczna ze szczególnym uwzględnieniem aspektów au-tomatyzacji procesu skrawania oraz zbierania danych z maszyn. Główne klasy obrabiarek i urządzeń CNC; klasyfikacja wg liczby osi sterowania; główne zastosowania, jako czynniki determinujące dobór systemów programowania. / 2 godz.

7. Przegląd technologii przyrostowych z tworzyw sztucznych (FDM, Poly-jet, SLS, SLA) i ze stopów metali (SLM, DMLS, MLS, EBM, LDW&M) - technologia, materiały, maszyny, zastosowanie, obróbka wykańczająca, przykłady zastosowania w przemyśle. Analiza kosztów druku 3D. / 2 godz.

8. Zapewnianie jakości w procesach konstruowania, projektowania i wytwarzania części lotniczych. / 2 godz.

9. Ocena ryzyka w procesie technologicznym PFMEA. Metody rozwiązywania problemów technologicznych. / 2 godz.

Ćwiczenia / rozwiązywanie zadań i problemów projektowo-technologicznych.

1. Odwzorowanie geometrii wybranych elementów statku powietrznego i zespołu silnika lotniczego z wykorzystaniem metod inżynierii odwrotnej. / 4 godz.

2. Parametryczne projektowanie konstrukcji i procesów wytwarzania CNC na przykładzie wybranego elementu statku powietrznego. / 2 godz.

3. Wyznaczanie parametrów warstwy skrawanej i procesu skrawania dla wybranych metod obróbki skrawaniem. / 4 godz.

4. Budowa zintegrowanego systemu wytwarzania na przykładzie wybranego procesu technologicznego. / 2 godz.

5. Zarządzanie danymi i procesem – możliwości systemu Siemens NX. / 2 godz.

6. Zastosowanie analizy FMEA w wybranych procesach technologicznych. / 2 godz.

Laboratorium / metoda demonstracyjna – pokaz procesu technologicznego z omówieniem.

1. Wprowadzenie i omówienie interfejsu CAM programu Siemens NX. Opracowanie typoszeregu modelu elementu zespołu silnika lotniczego metodą interaktywną i programowania. / 2 godz.

2. Opracowanie w systemie CAM procesu technologicznego wybranego elementu lotniczego (konstrukcyjnego płatowca, maszynowego silnika) / 2 godz.

3. Analiza wypływu wybranych parametrów obróbki na jakość procesu wytwarzania. / 2 godz.

4. Optymalizacja procesu obróbki skrawaniem na przykładzie wybranego elementu konstrukcyjnego. / 2 godz.

5. Dobór parametrów skrawania HSM do procesu obróbki wewnętrznej powierzchni kulistej elementu zespołu statku powietrznego. / 2 godz.

Wykaz literatury do przedmiotu na sem. 7.

Podstawowa:

• Bochenek B., Krużelecki J., Optymalizacja stateczności konstrukcji, współczesne problemy, Politechnika Krakowska, 2007.

• Brusov W., Optymalne projektowanie wielozadaniowych statków lata-jących, Biblioteka Naukowa Instytutu Lotnictwa, Warszawa 1996.

• Raymer D. P., Aircraft Design: A Conceptual Approach; AIAA Edu-cation Series (Fifth Edition –2012).

• Ostwald M.: Podstawy optymalizacji konstrukcji. Wydawnictwo Poli-techniki Poznańskiej – Poznań 2005.

• Singiresu S. Rao: Engineering Optimization – Theory and Practice. A Wiley-Interscience Publication, John Wiley and Sons, Inc. 1996.

• Roskam J.: Ariplane Design, Part I-VIII. Roskam Aviation and Engi-neering Corporation – Ottawa, Kansas 1985-1991.

• Stinton D.: The Design of the Aeroplane. BSP Professional Books, Oxford 1993.

Uzupełniająca:

• Björck Å., Dahlquist G., Metody numeryczne, Warszawa, PWN, 1987.

• Danilecki S., Projektowanie samolotów, Oficyna Wydawnicza Poli-techniki Warszawskiej, Warszawa, 2000.

• Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa PW – Optymalizacja Konstrukcji Lotniczych /materiały dydaktyczne/

• http://www.meil.pw.edu.pl/pl/ZSiS/Dydaktyka/Prowadzone-przedmioty/OPTYM

• Berowski P.: Podstawy optymalizacji statycznej; Wydawnictwo Książkowe Instytutu Elektrotechniki, Warszawa 2008.

Wykaz literatury do przedmiotu na sem. 8.

Podstawowa:

• Honczarenko J., Elastyczna automatyzacja wytwarzania: obrabiarki i systemy obróbkowe, WNT, Warszawa 2000.

• Habrat W., Obsługa i programowanie obrabiarek CNC. Podręcznik operatora, Wydawnictwo KaBe, Krosno 2007.

• Łunarski J. i in., Zapewnienie jakości w produkcji lotniczej, Wydaw-nictwo Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2007.

Uzupełniająca:

• Grzesik W., Niesłony P., Bartoszuk M.: Programowanie obrabiarek NC/CNC, WNT Warszawa, 2006.

• Filipowski R., Ziętarski S.: Programowanie obrabiarek w systemie POUT-APT, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, 1996.

• Bjorck A., Dahlquist G., Metody numeryczne, PWN, Warszawa 1987.

• Sandvik, Garant – Poradniki obróbki skrawaniem.

• PN-93/M-55251 - Maszyny sterowane numerycznie. Osie współrzęd-nych i zwroty ruchów.

• PN-73/M-55256 - Obrabiarki do metali. Kodowanie funkcji przygoto-wawczych G i funkcji pomocniczych M dla obrabiarek sterowanych numerycznie

W1 / ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie problemów konstrukcyjnych, technologicznych i eksploatacyjnych maszyn, kryteriów oceny obiektu, niezawodności i bezpieczeństwa oraz procesów prowadzących do uszkodzeń obiektów mechanicz-nych / K_W09

W2 / ma zaawansowaną wiedzę na temat wybranych faktów, o obiektach i zjawiskach oraz dotyczącą ich metod i teorii wyjaśniających złożone zależności występujących między nimi, stanowiących podstawową wiedzę ogólną z zakresu dyscyplin mechaniki, budowy i eksploatacji maszyn, elektroniki, elektrotechniki, informatyki. / K_W19

W3 / ma pogłębioną wiedzę w zakresie urządzeń wchodzących w skład systemów: płatowcowych, napędowych, awionicznych i systemów wyposażenia specjalnego statków powietrznych oraz w zakresie iden-tyfikacji zagrożeń, analizy ryzyka i zarządzania bezpieczeństwem w procesie ciągłej zdatności obiektów latających, ma uporządkowaną wiedzę w zakresie systemów i strategii eksploatacji / K_W24

W4 / ma podbudowaną teoretycznie szczegółową wiedzę w zakresie kon-strukcji i procesów wytwarzania układów, urządzeń, instalacji i sys-temów statku powietrznego, a także wpływu parametrów tych proce-sów na parametry konstrukcyjne i użytkowe / K_W26

W5 / posiada wiedzę w zakresie budowy, zasad działania i wykorzystania aparatury kontrolno-pomiarowej ogólnego przeznaczenia, tj. oscylo-skopów, generatorów, itp / W_22J_7

U1 / potrafi opracować dokumentację dotyczącą realizacji zadania inży-nierskiego i przygotować tekst zawierający opis wyników zadania oraz potrafi przygotować i przedstawić krótką prezentację wyników realizacji zadania inżynierskiego / K_U03

U2 / potrafi w sposób analityczny wyznaczyć podstawowe parametry oraz formułować proste modele matematyczne, w celu symulacji elemen-tów, układów, urządzeń, instalacji i systemów statku powietrznego a w tym potrafi posłużyć się właściwie dobranymi narzędziami kompu-terowymi – symulatorami i środowiskami programistycznymi / K_U07

U3 / potrafi opracować szczegółową dokumentację wyników realizacji eks-perymentu, zadania projektowego lub badawczego; potrafi przygoto-wać opracowanie zawierające omówienie tych wyników / K_U21

U4 / potrafi lokalizować uszkodzenia obsługiwanego sprzętu i usuwać je przy wykorzystaniu zastawów obsługowo-remontowych indywidual-nych i grupowych / U_22J_2

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu (każdy semestr).

Ćwiczenia audytoryjne zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną.

Seminarium zaliczane jest na podstawie: zaliczenia z oceną.

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną.

Egzamin z przedmiotu weryfikujący osiągnięcie wszystkich efektów w zakresie wiedzy, tzn. W1–W5 przeprowadzany jest w formie pisemnej pracy kontrolnej – udzielenie odpowiedzi na zadane pytania i problemy. Student udziela odpowiedzi na postawione pytania pisemnie zamiesz-czając opis słowny, formuły matematyczne, rysunki, schematy, tabele i inne niezbędne treści słowne lub graficzne. Warunkiem koniecznym przystąpienia do egzaminu jest wcześniejsze zaliczenie ćwiczeń audyto-ryjnych oraz zajęć seminaryjnych/ laboratoryjnych.

Zaliczenie ćwiczeń na ocenę odbywa się na podstawie ocen cząstko-wych za indywidualne wykonanie zadań projektowo-obliczeniowych i technologicznych podawanych i objaśnianych przez prowadzącego na zajęciach.

Zaliczenie seminarium na ocenę odbywa się na podstawie ocen uzyska-nych przez słuchacza za opracowanie pisemne i prezentację rozwiąza-nych zagadnień projektowych.

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie sprawozdań (rapor-tów) ze zrealizowanych zadań technologicznych, pomiarowych lub symu-lacyjnych.

Efekty W1–W5 sprawdzane są na pisemnym egzaminie z wiedzy teore-tycznej.

Efekty W1–W5 oraz opanowanie umiejętności określonych efektami U1–U4 sprawdzane jest w toku prowadzonych ćwiczeń, seminariów i labora-toriów.

Sposób oceniania ww. rygorów w toku udzielania odpowiedzi ustnych lub pisemnych oparty jest o następujące zasady:

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który:

potrafi bezbłędnie i samodzielnie zapisać odpowiedzi na (prawie) wszystkie zadawane pytania zaliczeniowe – wymaga się przynajmniej 91% poprawności treści,

potrafi bezbłędnie i samodzielnie rozwiązać wszystkie zadania projekto-wo-obliczeniowe i opracować problemy seminaryjne w zakresie rozważa-nej tematyki projektowo-konstrukcyjnej i technologicznej.

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który:

potrafi samodzielnie zapisać odpowiedzi na zadawane pytania zalicze-niowe – wymaga się 81-90% poprawności treści,

potrafi samodzielnie rozwiązać zadania projektowo-obliczeniowe i opra-cować problemy seminaryjne w zakresie rozważanej tematyki projekto-wo-konstrukcyjnej i technologicznej, dopuszczalne są drobne błędy.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który:

potrafi samodzielnie zapisać odpowiedzi na zadawane pytania zalicze-niowe – wymaga się 70-80% poprawności treści,

potrafi samodzielnie rozwiązać większość zadań projektowo-obliczeniowych i większość problemów seminaryjnych w zakresie rozwa-żanej tematyki projektowo-konstrukcyjnej i technologicznej, dopuszczal-ne są drobne błędy.

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który:

potrafi samodzielnie zapisać odpowiedzi na zadawane pytania zalicze-niowe – wymaga się 60-69% poprawności treści,

potrafi i samodzielnie rozwiązać większość zadań projektowo-obliczeniowych i większość problemów seminaryjnych w zakresie rozwa-żanej tematyki projektowo-konstrukcyjnej i technologicznej, dopuszczal-ne są błędy.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który:

potrafi samodzielnie zapisać odpowiedzi na zadawane pytania zalicze-niowe – wymaga się 50-59% poprawności treści,

potrafi rozwiązać najważniejsze zadania projektowo-obliczeniowe i naji-stotniejsze problemy seminaryjne w zakresie rozważanej tematyki projek-towo-konstrukcyjnej i technologicznej – dopuszczalne są błędy.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który:

zapisuje odpowiedzi na zadawane pytania zaliczeniowe na poziomie niższym niż 50% poprawności treści,

nie potrafi rozwiązać najważniejszych zadań projektowo-obliczeniowych i seminaryjnych w zakresie rozważanej tematyki projektowo-konstrukcyjnej i technologicznej.

Warunkiem koniecznym do zaliczenia poszczególnych rygorów (w, ćw., sem., lab.) jest uczestniczenie w przynajmniej 80% .

nie przewiduje