Разработка демонстратора программного комплекса автоматизированного проектирования и расчета электрических винтомоторных групп БВС

Актуальность проекта. В связи с возрастающим интересом к беспилотной авиации в Российской Федерации актуальной остается задача по снижению стоимости и сроков проектирования и разработки беспилотных воздушных судов (БВС) наряду с повышением безопасности их эксплуатации и эффективности разрабатываемых конструкций. В соответствии с положениями Программы исследований и разработок федерального проекта «Перспективные технологии для беспилотных авиационных систем» национального проекта «Беспилотные авиационные системы» предлагаемая к выполнению НИОКР направлена на развитие технологий проектирования и расчета электрических двигателей и воздушных винтов с учетом максимально возможного перечня условий эксплуатации для различных типов БВС с электрической или гибридной силовой установкой. Принимая во внимание различные подходы к разработке БВС: «разработка двигателя и винта с нуля» либо «использование доступные на рынке варианты», предлагаемый к разработке прототип программного комплекса проектирования предназначен для оказания помощи разработчикам БВС в принятии решения относительно конструкции и компоновки винтомоторной группы для обоих подходов к разработке. Существующее коммерческое программное обеспечение позволяет решать подобные задачи, однако зарубежные компании-разработчики указанных программ официально не продают их в Россию. Отечественные программы в большинстве своем не позволяют в едином интерфейсе исследовать все требуемые явления. Для решения различных групп задач проектирования БВС нужны разные программы, каждая со своим интерфейсом, своей расчетной сеткой. В этой связи развитие технологии и создание специализированного программного комплекса обеспечит ускоренное и эффективное проектирование БВС с позиций единого взгляда на вопросы оптимизации конструкции и позволит создать унифицированные решения в этой области. Разработанный демонстратор планируется интегрировать в платформу по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®, что позволит эффективно проводить разработку новых изделий согласно ГОСТ Р 57700.37-2021, сохранять след каждого конкретного проекта, а также даст возможность, при необходимости, ускорить процесс прохождения цифровой сертификации вновь разрабатываемых БВС. Цели проекта. Целью проекта является создание технологии и демонстратора программного комплекса для проектирования и расчета электрических винтомоторных групп (воздушный винт с электрическим приводом) и их элементов, как подъемных, так и пропульсивных, для всех типов беспилотных воздушных судов с электрической или гибридной силовой установкой, основанного на применении междисциплинарных расчетных моделей и методах многокритериальной оптимизации. Разрабатываемый программный комплекс должен позволять разработчикам БВС решать как «прямые» задачи, такие как по заданной геометрии воздушного винта БВС, характеристикам потока воздуха, частоте вращения рассчитывать тягу и крутящий момент, так и «обратные задачи», например, при заданной тяге, частоте вращения, условиях набегающего потока получить геометрические характеристики воздушного винта. Аналогично должны быть решены задачи для электрических двигателей. Кроме того, на перспективу должны быть разработаны предложения по дальнейшему усовершенствованию и развитию технологии и программного комплекса для автоматизированного проектирования воздушных судов. Научно-технические результаты проекта. Интегрированный в Цифровую платформу по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® демонстратор программного комплекса для проектирования и расчета электрических винтомоторных групп (воздушный винт с электрическим приводом) и их элементов, как подъемных, так и пропульсивных, для всех типов беспилотных воздушных судов с электрической или гибридной силовой установкой, основанный на применении междисциплинарных расчетных моделей и методах многокритериальной оптимизации, включающий: - программный модуль автоматического построения неструктурированных расчетных сеток, необходимых для решения электромагнитной, прочностной и тепловой задач методами конечных элементов; - программный модуль моделирования электромагнитных процессов в электрическом двигателе методом конечных элементов; - программный модуль моделирования теплового состояния частей электрического двигателя с учетом омического, электромагнитного, аэродинамического нагрева, способов охлаждения, условий теплообмена на границе методом конечных элементов в двумерной и осесимметричной постановках; - программный модуль моделирования прочностных характеристик элементов электрического двигателя, определения собственных механических частот и форм колебаний методом конечных элементов в двумерной и осесимметричной постановках; - программный модуль, обеспечивающий решение многопараметрической многокритериальной задачи оптимизации с использованием генетических алгоритмов или других эволюционных методов оптимизации; - программный модуль моделирования аэродинамических характеристик воздушного винта фиксированного шага в том числе методом присоединенных вихрей и другими современными методами; - программный модуль моделирование прочностных характеристик воздушного винта фиксированного шага; - графический интерфейс для задание исходных геометрических параметров и условий работы, необходимых для расчета аэродинамических и прочностных характеристик воздушного винта, а также представления результатов расчетов; - базу данных результатов расчетов электрических двигателей и воздушных винтов; - программный модуль, обеспечивающий возможность автоматического выпуска РКД на электродвигатель и воздушный винт. ТЗ на НИР или ОКР более высокого уровня УГТ. В результате выполнения работ будут созданы не менее 10 (десяти) результатов интеллектуальной деятельности (РИД), которым в соответствии с законодательством Российской Федерации предоставляется правовая охрана, и определен вид объекта интеллектуального права. С целью коммерциализации полученных научно-технических результатов предполагается заключение лицензионных соглашений с компаниями разработчиками программного обеспечения и производителями БВС на развертывание разработанного программного продукта на мощностях заказчиков, а также разработка и проведение программ обучения в рамках внедрения в практику проектирования разрабатываемых технологий и методологических основ цифрового проектирования БВС.