Projektowanie i optymalizacja konstrukcji lotniczych - I sem.
Informacje ogólne
Kod przedmiotu: | WMTLUWSM-PiOKL |
Kod Erasmus / ISCED: | (brak danych) / (brak danych) |
Nazwa przedmiotu: | Projektowanie i optymalizacja konstrukcji lotniczych - I sem. |
Jednostka: | Wydział Mechatroniki, Uzbrojenia i Lotnictwa |
Grupy: | |
Punkty ECTS i inne: |
(brak)
|
Język prowadzenia: | polski |
Forma studiów: | stacjonarne |
Rodzaj studiów: | II stopnia |
Rodzaj przedmiotu: | obowiązkowy |
Forma zajęć liczba godzin/rygor: | W 20/+ ; Ć 18/+ ; S 12/+; razem: 50 godz., 4 pkt ECTS |
Przedmioty wprowadzające: | Brak przedmiotów wprowadzających |
Programy: | semestr 1. / lotnictwo i kosmonautyka |
Autor: | dr hab. inż. Stanisław KACHEL, dr inż. Robert ROGÓLSKI |
Bilans ECTS: | Aktywność / obciążenie studenta w godz.: 1. Udział w wykładach / 20 h 2. Udział w laboratoriach / 0 3. Udział w ćwiczeniach / 18 h 4. Udział w seminariach / 12 h 5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 24 h 6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 0 h 7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 20 h 8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / 20 9. Realizacja projektu / 0 10. Udział w konsultacjach / 4 h 11. Przygotowanie do egzaminu / 0 12. Przygotowanie do zaliczenia / 6 h 13. Udział w egzaminie / 0 Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 124 godz. / 4 ECTS Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 54. godz. / 2 ECTS Zajęcia powiązane z działalnością naukową/ Zajęcia o charakterze praktycznym 54 godz. / 2 ECTS |
Skrócony opis: |
Podstawowe wiadomości z zakresu metod poszukiwania minimum funkcjo-nału. Metody matematyczne w procesach optymalizacji. Aproksymacja bezpośrednia i wielkości odwrotnej. Wybór funkcji celu i parametrów od-powiedzialnych za zmiany funkcji celu. Minimalizacja z ograniczeniami – metoda funkcji kary. Ocena jakości samolotów, modelowanie zadań i wa-runków zastosowań w zadaniach projektowych optymalnego projektowania statków powietrznych – spirala projektowania. Systemy i układy podlegają-ce procesowi optymalizacji: geometria, aerodynamika, zespół napędowy, misja, osiągi, struktura i własności masowe. Wybór optymalnego obciąże-nia statku powietrznego. Modelowanie procesów optymalizacji z wykorzy-staniem systemów CAD/CAM/CAE. |
Pełny opis: |
Wykład /metody dydaktyczne (20 h) Metoda werbalno-wizualna – omówienie ustne z jednoczesnym zapisaniem na tablicy formuł i zależności oraz demonstracja układów konstrukcyjnych, schematów i wykresów na rysunkach tablicowych bądź prezentacja treści tekstowych i graficznych w trybie pokazu multimedialnego. 1. Wprowadzenie do projektowania optymalnego – powiązania systemowe, atrybuty definicyjne procesu optymalizacji, stadia projektowania konstrukcji. / 2 2. Metody optymalizacji – przegląd i charakterystyka procedur. / 2 3. Metody optymalizacji w projektowaniu konstrukcji lotniczych. / 2 4. Programowanie liniowe, metody iteracyjne w zagadnieniach optymalizacji konstrukcji lotniczych. / 2 5. Język GRIP – narzędzie optymalizacji w projektowaniu konstrukcji lotniczych. / 2 6. Wstępny dobór parametrów masowych – estymacja masy startowej samolotu. / 2 7. Dobór parametrów geometrycznych płatowca – profile lotnicze, wymiarowanie skrzydeł, kadłuba i usterzenia. / 2 8. Dobór optymalnego obciążenia powierzchni nośnej i obciążenia ciągu. / 2 9. Określanie obciążeń płatowca – wpływ zmiany geometrii i współczynników aerodynamicznych. / 2 10. Kształtowanie struktury wytrzymałościowej – modelowanie dyskretne do analiz MES w środowisku CAD/CAE (wytrzymałość statyczna, optymalizacja wymiarowa, kształtowa i topologiczna). / 2 Ćwiczenia /metody dydaktyczne (18 h) Rozwiązywanie zadań i problemów obliczeniowych samodzielnie (pisemnie lub z wykorzystaniem komputera) lub na tablicy z pomocą nauczyciela. 1. Zastosowanie programowania liniowego w poszukiwaniu rozwiązań optymalnych. / 2 2. Zastosowanie metod iteracyjnych w procesie projektowania konstrukcji lotniczych. / 2 3. Wykorzystanie języka GRIP do masowo-geometrycznej optymalizacji struktur lotniczych. / 2 4. Estymacja podstawowych wymiarów i masy samolotu – opracowanie charakterystyk trendowych w odniesieniu do bezwymiarowych parametrów geometrycznych, masowych i osiągowych, oszacowanie maksymalnej masy startowej. / 2 5. Wyznaczanie parametrów geometrycznych i masowych samolotu – rysunek geometrii płatowca, analiza wyważenia dla charakterystycznych konfiguracji. / 2 6. Dobór optymalnego obciążenia powierzchni nośnej i obciążenia ciągu. / 2 7. Optymalizacja geometrii skrzydła ze względu na kryterium minimalizacji oporu aerodynamicznego. / 2 8. Analiza obciążeń powierzchni nośnej płatowca – obliczenia aerodynamicznych współczynników profilowych, wyznaczenie rozkładów sił i momentów, bilans zrównoważenia dla stateczności samolotu. / 2 9. Dyskretyzacja konstrukcji skrzydła w preprocesorze do MES, obliczenia statyczne dla zastępczego układu sił (MSC Patran / Nastran Statics) / 2 Seminarium / metody dydaktyczne (12 h) Audytoryjna prezentacja wyników samodzielnie opracowanych problemów w formie pokazu z omówieniem lub zapisu treści na tablicy i objaśnień. 1. Optymalne projektowanie skrzydła samolotu o minimalnej masie dla przyjętej misji. / 4 2. Zastosowanie metody graficznej w odniesieniu do optymalizacji wytrzymałościowej prostych elementów konstrukcyjnych (pręty, belki, wały). / 2 3. Wielowymiarowy model optymalizacji kosztowej belki dźwigarowej – zaprogramowanie procesu wg metody dyskretnego przeszukiwania (Matlab). / 2 4. Przykłady obliczeniowe optymalizacji belek cienkościennych z zastosowaniem kryterium stałego wytężenia – wpływ zmiany geometrii przekroju. / 2 5. Rozwinięcie dyskretnego modelu lotniczej konstrukcji prętowej do optymalizacji wytrzymałościowej – model kratowego łoża mocowania silnika (MSC Patran / Nastran Optimization). / 2 |
Literatura: |
Podstawowa: Bochenek B., Krużelecki J., Optymalizacja stateczności konstrukcji, współczesne problemy, Politechnika Krakowska, 2007. Brusov W., Optymalne projektowanie wielozadaniowych statków latających, Biblioteka Naukowa Instytutu Lotnictwa, Warszawa 1996. Raymer D. P., Aircraft Design: A Conceptual Approach; AIAA Education Series (Fifth Edition –2012). Ostwald M.: Podstawy optymalizacji konstrukcji. Wydawnictwo Politechniki 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 Engineering 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 Politechniki 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. |
Efekty uczenia się: |
W1 / Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie wybranych działów matematyki, obejmującą elementy matematyki dyskretnej i stosowanej oraz metody optymalizacji; ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie fizyki, obejmującą fizykę atmosfery, pod-stawy fizyki kwantowej i fizykę ciała stałego, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia zjawisk fizycznych mających istotny wpływ na właściwości zaawansowanych materiałów stosowanych w technologiach lotniczych i kosmicznych / K2_W01, K2_W02 W2 / Ma pogłębioną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie budowy, optymalizacji i eksploatacji konstrukcji lotniczych, w tym wiedzę nie-zbędną do korzystania z systemów komputerowego wspomagania obliczeń oraz procesu projektowania i wytwarzania/ K2_W03 W3 / Rozumie metodykę projektowania złożonych układów, urządzeń oraz systemów statku powietrznego; zna języki opisu sprzętu i komputerowe narzędzia do projektowania i symulacji pracy układów i systemów / K2_W07 W4 / Ma podbudowaną teoretycznie szczegółową wiedzę w zakresie konstrukcji i procesów wytwarzania układów, urządzeń, instalacji i systemów statku powietrznego, a także wpływu parametrów tych procesów na parametry konstrukcyjne i użytkowe / K2_W08 W5 / Zna i rozumie zaawansowane metody modelowania, identyfikacji i optymalizacji stosowane w projektowaniu układów, urządzeń, instalacji i systemów statków powietrznych i kosmicznych / K2_W09 U1 / Potrafi wykorzystać poznane metody i modele matematyczne – w razie potrzeby odpowiednio je modyfikując - do analizy i projektowania elementów, układów i systemów statków powietrznych i kosmicznych / K2_U06 U2 / Potrafi ocenić i porównać zaawansowane rozwiązania projektowe oraz zaawansowane procesy wytwarzania układów, urządzeń, instalacji i systemów statków powietrznych ze względu na rodzaj misji i zadane kryteria użytkowe, ekonomiczne i bezpieczeństwa / K2_U07 U3 / Potrafi sformułować specyfikację projektową złożonego układu lub systemu statku po-wietrznego, z uwzględnieniem aspektów prawnych, w tym ochrony własności intelektualnej, oraz innych aspektów pozatechnicznych, takich jak oddziaływanie na środowisko (poziom hałasu, skażenia, wibracji itp.), korzystając m.in. z norm dotyczących ochrony środowiska / K2_U10 U4 / Potrafi projektować elementy, układy, urządzenia, instalacje i systemy statków powietrznych z uwzględnieniem zadanych kryteriów użytkowych i ekonomicznych, w razie potrzeby przystosowując istniejące lub opracowując nowe metody projektowania lub komputerowe narzędzia wspomagania projektowania (CAD) / K2_U11 U5/ Potrafi formułować oraz – wykorzystując odpowiednie narzędzia analityczne, symulacyjne i eksperymentalne - testować hipotezy związane z modelowaniem i projektowaniem elementów, układów i systemów statku powietrznego oraz projektowaniem procesu ich wytwarzania /K2_U13 U6 / Potrafi - przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań związanych z modelowaniem i projektowaniem elementów, układów i systemów statku powietrznego oraz projektowaniem procesu ich wytwarzania -integrować wiedzę z dziedziny mechaniki, informatyki, automatyki, telekomunikacji i innych dyscyplin, stosując podejście systemowe, z uwzględnieniem aspektów pozatechnicznych (w tym ekonomicznych i prawnych) / K2_U14 U7 / Potrafi - przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań związanych z modelowaniem i projektowaniem elementów, układów i systemów statku powietrznego oraz projektowaniem procesu ich wytwarzania -wykorzystać właściwe metody, techniki i narzędzia (w tym techniki komputerowe), przystosowując poznane techniki i narzędzia do danego zadania lub modyfikując bądź opracowując nowe narzędzia / K2_U15 U8 / Potrafi ocenić przydatność i możliwość wykorzystania nowych osiągnięć w zakresie materiałów elementów, metod projektowania i wytwarzania do projektowania i wytwarzania układów i systemów statku powietrznego, zawierających rozwiązania o charakterze innowacyjnym / K2_U18 U9 / Potrafi dokonać właściwego doboru i oceny przydatności specjalistycznego oprogramowania komputerowego oraz wykorzystać jego możliwości do rozwiązania zagadnienia technicznego w obszarze projektu wstępnego, projektu koncepcyjnego systemu pokładowego, projektu instalacji pokładowej, propozycji technologii wytwarzania lub remontu oraz systemu lub poszczególnych procedur obsługiwania / K2_U19 K1 / Rozumie potrzebę krytycznej oceny odbieranych treści uznawania znaczenia wiedzy w rozwiązywaniu problemów poznawczych i praktycznych / K2_K03 |
Metody i kryteria oceniania: |
Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia z oceną. Zaliczenie na ocenę jest przeprowadzane w formie pisemnego kolokwium sprawdzającego. Warunkiem koniecznym do uzyskania zaliczenia jest uzyskanie pozytywnej oceny w ramach zaliczenia ćwiczeń audytoryjnych oraz seminarium, a następnie zaliczenie pisemnego sprawdzianu z wiedzy teoretycznej. Zaliczenie ćwiczeń na ocenę odbywa się na podstawie oceny za indywidualne wykonanie zadań projektowych podawanych i objaśnianych przez prowadzącego na zajęciach. Zaliczenie seminarium na ocenę odbywa się na podstawie ocen uzyskanych przez słuchacza za opracowanie pisemne i prezentację uzyskanych wyników na zajęciach. Efekty W1 – W5 sprawdzane są na pisemnym kolokwium z wiedzy teoretycznej. Efekty U1 – U9. sprawdzane są w toku prowadzonych ćwiczeń i seminariów. Efekt K1 – sprawdzany jest w toku obserwacji grupy na zajęciach oraz na podstawie oceny kryteriów W1 – W5 oraz U1 – U9. Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który: potrafi bezbłędnie i samodzielnie zapisać odpowiedzi na wszystkie zadawane pytania zaliczeniowe, potrafi bezbłędnie i samodzielnie rozwiązać wszystkie zadania projektowe i opracować problemy seminaryjne w zakresie rozważanej tematyki projektowo-konstrukcyjnej. Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który: potrafi samodzielnie zapisać odpowiedzi na zadawane pytania zaliczeniowe – wymaga się 90-95% poprawności treści, potrafi i samodzielnie rozwiązać zadania projektowe i opracować problemy seminaryjne w zakresie rozważanej tematyki projektowo-konstrukcyjnej, dopuszczalne są drobne błędy. Ocenę dobrą otrzymuje student, który: potrafi samodzielnie zapisać odpowiedzi na zadawane pytania zaliczeniowe – wymaga się 82-89% poprawności treści, potrafi samodzielnie rozwiązać większość zadań projektowych i większość problemów seminaryjnych w zakresie rozważanej tematyki projektowo-konstrukcyjnej, dopuszczalne są drobne błędy. Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który: potrafi samodzielnie zapisać odpowiedzi na zadawane pytania zaliczeniowe – wymaga się 75-81% poprawności treści, potrafi i samodzielnie rozwiązać większość zadań projektowych i większość problemów seminaryjnych w zakresie rozważanej tematyki projektowo-konstrukcyjnej, dopuszczalne są błędy. Ocenę dostateczną otrzymuje student, który: potrafi samodzielnie zapisać odpowiedzi na zadawane pytania zaliczeniowe – wymaga się 66-74% poprawności treści, potrafi rozwiązać najważniejsze zadania projektowe i najistotniejsze problemy seminaryjne w zakresie rozważanej tematyki projektowo-konstrukcyjnej – dopuszczalne są błędy. Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który: zapisuje odpowiedzi na zadawane pytania zaliczeniowe na poziomie niższym niż 66% poprawności treści, nie potrafi rozwiązać najważniejszych zadań projektowych i seminaryjnych w zakresie rozważanej tematyki projektowo-konstrukcyjnej. |
Praktyki zawodowe: |
Nie przewiduje się. |
Właścicielem praw autorskich jest Wojskowa Akademia Techniczna.