Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Integrated design and manufacturing of structural elements for helicopter fuselage- Sikorsky UH-60 Black Hawk

Karol Owczarek

Abstract

From the very beginnings of the aviation industry, aircraft design was a process of trial and error. It was virtually impossible to obtain a successful design in the first approach, therefore prototypes were built and systematically improved in the course of intensive research and development works. A perfect example, and also the subject of this thesis, is the Sikorsky UH-60 Black Hawk helicopter. Designed in the early seventies it is still, after more than thirty years, a subject to constant upgrades and every few years a new, improved version of the helicopter appears on the market. Owing to this approach UH-60 is among the best helicopters in the world. Sikorsky has sold more than 3000 Black Hawks in various versions so far and became a world leader in the production of helicopters. This would not be possible without the application of the latest computer software, especially the advanced CAD/CAM/CAE systems, which aid the processes of design and manufacturing, and better optimization methods, which raise the processes of design and optimization to a new standard. This thesis could not be written without the wide use of CAD/CAM/CAE systems and the combinatorial-cyclic optimization method of S. Ziętarski. Summary: The main aim of this thesis was to integrate design and manufacturing processes of Sikorsky UH-60 Black Hawk fuselage frames. In order to achieve this, a virtual model of the helicopter, with great emphasis put on the accuracy of the fuselage, had to be built. Geometric and aerodynamic data are, however, the most guarded secret of aircraft manufacturers, especially if it concerns military designs. Therefore, one of the aims of the thesis was to obtain UH-60 geometry, by means of reverse engineering methods, from photos and drawings available on the Internet and to optimize the curves using the combinatorial-cyclic optimization method. For integration and automation of design and manufacturing processes, a program in GRIP was written. Graphical Interactive Programming (GRIP) is an internal programming code of Unigraphics - leader in the CAD/CAM/CAE technology. The program generates a model of the helicopter and on its basis automatically creates a model of the frame selected by the user. The frame can be then sent to an applet, also written in GRIP, which simulates manufacturing process on a 5 axis milling machine. The applet generates a CLSF file, which after post processing can be used to control a CNC mill that manufactures a real frame with the use of conventional or high speed machining technology. In the production process, after manufacturing on a CNC machine tool, the component should be inspected in order to check dimensional accuracy. This can be done by comparing measurement points of the component and the virtual model. Since it was impossible to manufacture a full scale helicopter frame for the purpose of this thesis, only computer simulation of the measuring process was performed. The simulation involved measuring the frame with a coordinate measuring machine and measuring the whole helicopter with a 3D optical scanner. To the obtained cloud of points, deviations were introduced so as to simulate any manufacturing errors, which were then detected by the combinatorial-cyclic method.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Karol Owczarek (FPAE) Karol Owczarek,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Zintegrowane projektowanie i wytwarzanie elementów konstrukcyjnych kadłuba śmigłowca Sikorsky UH-60 Black Hawk
Supervisor
Stanisław Ziętarski (FPE) Stanisław Ziętarski,, Faculty of Production Engineering (FPE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Mechanika i Budowa Maszyn
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
04-06-2007
Issue date (year)
2007
Pages
101
Internal identifier
MEL; PD-391
Reviewers
Jerzy Lewitowicz (FPAE/IAAM) Jerzy Lewitowicz,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Stanisław Ziętarski (FPE) Stanisław Ziętarski,, Faculty of Production Engineering (FPE)
Keywords in Polish
śmigłowce, śmigłowce bojowe, modelowanie, symulacja, budowa śmigłowców, systemy cad/cam/cae
Keywords in English
xxx
Abstract in Polish
W przemyśle lotniczym, od początków jego istnienia, projektowanie statków powietrznych polegało na realizowaniu pewnych koncepcji, które były mniej lub bardziej trafne. Praktycznie nie dało się zaprojektować i zbudować konstrukcji od początku dobrej. Budowano prototypy, które w efekcie wieloletnich prac rozwojowych i badawczych, stawały się coraz doskonalszymi statkami powietrznymi. Dobrym przykładem może być śmigłowiec Sikorsky UH-60 Black Hawk, który stanowi temat niniejszej pracy. Jego początki sięgają wczesnych lat siedemdziesiątych, a do dziś, po ponad 30 latach, trwają nad nim prace rozwojowe i co kilka lat na rynek trafia nowa ulepszona wersja tego śmigłowca. Dzięki takiemu podejściu UH-60 znajduję się w gronie najlepszych śmigłowców, a firma Sikorsky sprzedała już ponad 3000 egzemplarzy w różnych wersjach i jest obecnie jednym z światowych liderów w produkcji śmigłowców. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu nowszych technologii, a w szczególności dzięki coraz szerszemu zastosowaniu technologii komputerowych, miedzy innymi coraz bardziej zaawansowanych systemów CAD/CAM/CAE oraz ich nowych możliwości wspomagających projektowanie i wytwarzanie oraz coraz lepszych metod optymalizacyjnych, które stawiają proces projektowania oraz optymalizowania konstrukcji na nowym poziomie. Niniejsza praca powstała w pełni dzięki wykorzystaniu możliwości systemów wspomagających projektowanie oraz wytwarzanie i przy szerokim wykorzystaniu kombinatoryczno-cyklicznej metody optymalizacji doktora Stanisława Ziętarskiego. Opis pracy: Głównym celem tej pracy była integracja zautomatyzowanego projektowania oraz wytwarzania wręg kadłuba śmigłowca Sikrosky UH-60 Black Hawk. Podstawą do zrealizowania tych zadań było utworzenie wirtualnego modelu geometrycznego śmigłowca, ze szczególnie położonym naciskiem na dokładność odwzorowania kadłuba. Niestety dane geometryczne, a zarazem aerodynamiczne statków powietrznych są jedną z najbardziej strzeżonych tajemnic przez ich producentów, szczególnie jeżeli chodzi o firmy wchodzące w skład przemysłu zbrojeniowego. Dlatego założeniem tej pracy było pozyskanie geometrii śmigłowca UH-60, z zastosowaniem elementów inżynierii odwrotnej, z ogólnie dostępnych zdjęć i schematów zamieszczonych w Internecie oraz zoptymalizowaniu krzywych przy wykorzystaniu kombinatoryczno-cyklicznej metody optymalizacji. W celu automatyzacji projektowania i wytwarzania wręg kadłuba, został napisany program w języku GRIP (Graphic Interactive Programing), który jest wewnętrznym językiem programowania systemu Unigraphics – lidera na rynku systemów CAD/CAM/CAE. Program generuje model śmigłowca, a następnie na jego podstawie automatycznie buduje model wskazanej przez użytkownika wręgi. Model ten może być dalej przekazany do podprogramu, również napisanego w języku GRIP, symulującego obróbkę wirtualnej wręgi na frezarce 5-cio osiowej. Podprogram ten generuje plik CLSF, który po przetworzeniu przez postprocesor, może zostać użyty do sterowania frezarką CNC wytwarzającą rzeczywistą wręgę z wykorzystaniem technologii obróbki konwencjonalnej CNC jak i wysoko wydajnościowej HSM (High Speed Machining). W procesie produkcyjnym, po wytworzeniu części na obrabiarce CNC należałoby dokonać jego pomiarów w celu sprawdzenia dokładności wykonania, poprzez porównanie punktów pomiarowych z modelem wirtualnym danego komponentu. Na potrzeby tej pracy, ze względu na brak możliwości wykonania tak dużego elementu jak wręga śmigłowca, dokonano jedynie symulacji pomiarów współrzędnościowych wytworzonego elementu. Przeprowadzono symulację pomiarów współrzędnościową maszyną pomiarową wykonanej wirtualnie wręgi oraz symulację pomiarów skanerem laserowym całego śmigłowca. Otrzymano w ten sposób zbiory punktów, do których celowo wprowadzono pewne odchyłki symulujące błędy wykonania oraz zastosowano metodę kombinatoryczno-cykliczną, do wykrycia owych symulowanych błędów.
File
  • File: 1
    praca.doc
  • File: 2
    1_i_2_strona_pracy.doc
Request a WCAG compliant version

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT097279c46afc407e97023c25caf3ffde/
URN
urn:pw-repo:WUT097279c46afc407e97023c25caf3ffde

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page