САПР на военной службе

В преддверии наступающего Дня защитника отечества поговорим о применении САПР в военном деле. Безусловно, САПР активно используются в создании современной военной техники. Расскажем о нескольких примерах. Сразу оговорюсь - вся информация взята из совершенно открытых источников.

Само появление современных САПР отчасти обязано военным проектам. Вот что вспоминает Франсис Бернар, создатель первой трехмерной САПР CATIA:

В начале 70 годов одним из первых самолетов, в которых общее контурное и основное структурное проектирование были осуществлены и реализованы на основе нашего CAD/CAM решения, оказался военно-тренировочный Alphajet.

В целом, в период с 1967 по 1977 годы мы в полной мере использовали преимущества технологических инноваций, предоставленных компьютерами, интерактивными графическими терминалами и станками с ЧПУ – причем, все это происходило в чрезвычайно благоприятных условиях инновационного предприятия, которое работало на динамичный авиационный рынок военного и гражданского направления. Мы породили новое направление в конструировании, моделировании и производстве. В более широком контексте, практически вся авиапромышленность оказалась в лидерах революции CAD/CAM – как в США, так и в Европе. Суть этого процесса – оптимизация самолета посредством вычислений и использование для производства станков с ЧПУ.

Перед нами встала следующая задача – существенно уменьшить время цикла «проектирование-производство» и сделать программный комплекс 3D CAD/CAM доступным неспециалистам из всех отделов предприятия. Руководители предприятия с чрезвычайным энтузиазмом отнеслись, например, к плану – вчетверо снизить время изготовления новой модели самолета для продувок в аэродинамической трубе, что позволило бы протестировать четыре варианта одного и того же самолета до того, как приступить к детальному проектированию лучшего из вариантов.

Военный камуфляж прошел очень долгий путь от обычной покраски различными оттенками зеленого цвета до самых современных систем. Известная британская оборонная компания BAE Systems разрабатывает как раз такую, высокотехнологичную, систему электронного камуфляжа, основанную на технологии электронных чернил E-Ink, с помощью которой изображение окружающей среды будет скопировано на поверхность бронетанковой техники, делая ее невидимой или очень малозаметной для противника.

Используя множество визуальных датчиков и камер, расположенных на всех сторонах корпуса танка, система составит полную картину окружающей обстановки и отображает эту картину с помощью электронных чернил на корпусе танка, сливая его с окружающей средой и делая его малозаметным. Поскольку это все происходит в режиме реального времени, такая система активного камуфляжа может скрыть танк даже во время движения на большой скорости. Конечно, с помощью этой системы не удастся полностью скрыть танк, всегда останутся побочные эффекты его передвижения, такие как шум, выхлопные газы двигателя и шлейф поднимаемой колесами или гусеницами пыли.

В Харьковском политехническом институте, на кафедре «Теория и системы автоматизированного проектирования механизмов и машин» разработана система для расчета процесса пробивания сложносоставной брони совместно с пакетом ANSYS\LS-DYNA. Задача комплекса – максимально упростить процесс расчета для применения в инженерной практике и свести процесс к заданию исходных данных и получению готового результата.

Программа позволяет рассчитывать процесс пробивания взрывной волной бронеплиты с широкой вариацией расчетных параметров. Изменяется тип взрывчатого вещества, геометрия и мощность заряда, степень заглубления в грунт, расстояние до преграды, и ее параметры. В качестве параметров бронеплиты выступает количество слоев в многослойной броне, а также материалы и толщины слоев.

Там же создан комплекс автоматизированного анализа и синтеза конструкций легкобронированных машин на базе пакетов Pro/ENGINEER и ANSYS. При модернизации легкобронированных колесных машин (ЛБМ) особенно остро ставится вопрос установки более мощных спецсистем, что не может не повлечь за собой усиление корпуса. Возникает вопрос исследования влияния нового оборудования (всех возможных вариантов), при этом необходимо учитывать воздействие колебаний корпуса при движении на артиллерийскую систему.

Для исследования используется расширенный параметрический подход. Область параметров геометрических, отвечающих за толщины листов корпуса, дополнялась параметрами, отвечающими за режим движения, характеристики спецсистем и конструктивные дополнения, позволяющие увеличить жесткость корпуса.

В научно-производственной фирме «ГЕЙЗЕР» создана САПР по оценке ЭМС РЭС позволяет в ходе анализа электромагнитной обстановки формировать варианты применения радиоэлектронного оборудования, исходя из состава и характеристик радиоэлектронных средств морского подвижного объекта.

При проведении расчетов с помощью САПР осуществляется автоматизированный ввод и хранение в базе данных тактико-технических характеристик РЭС корабля, проектирование трехмерной модели корабля, используемой при расчетах, в системе AutoCAD, определение возможных способов воздействия помех на радиоприемные устройства, составление списка источников недопустимых помех с указанием их вида и интенсивности и т.д.

Предприятие ФГУП «ПО «Севмаш» долгое время специализировалось на строительстве атомных подводных лодок. Сейчас, наряду со строительством подводных кораблей, завод работает еще в нескольких направлениях: строительство буровых платформ и надводного гражданского флота, гражданское машиностроение. Также предприятие занимается модернизацией тяжелого авианесущего крейсера «Адмирал Горшков» для ВМФ Индии. При проектировании оснастки на предприятии широко используется T-FLEX CAD

В начале 70-х американская компания General Dynamics занялась созданием нового истребителя - будущего F-16. Задача была непростой, так как по новой концепции самолет должен был унаследовать скоростные характеристики своих предшественников, но в то же время обладать маневренностью на уровне спортивных акробатических самолетов. Это требование можно было выполнить, создав крыло достаточно большой площади, при этом легкое и очень прочное, так как закладывались рабочие перегрузки почти вдвое большие, чем у машин предыдущего поколения – до 9g.

Инженеры GD решили использовать тогда еще достаточно новую технологию расчета методом конечных элементов. Это им позволило за достаточное короткое время рассчитать десятки вариантов и выбрать наиболее оптимальную конструкцию. Теперь конструкция крыла F-16 стала образцом для подражания, а сам самолет – уже много десятилетий является бестселлером на рынке вооружений.

Коломенское «Конструкторское бюро машиностроения» - это крупнейший российский конструкторский и научно-производственный центр оборонно-промышленного комплекса, специализирующийся на ракетных комплексах. Среди его продукции переносной зенитно-ракетный комплекс (ПЗРК) «Игла» и оперативно-тактический ракетный комплекс «Искандер-Э». Выбирая базовую САПР коломенцы остановились на решениях АСКОН. Заказчик получил системы автоматизированного проектирования среднего и тяжелого класса в области машиностроения и электроники, системы инженерных расчетов, системы автоматизированного проектирования технологических процессов, системы управления инженерными данными, системы управления производством и системы управления бизнес-процессами.

Коллеги коломенцев из «Тульского КБ приборостроения» c 2001 года используют в своей работе SolidWorks. КБ специализируется на создании высокоточного оружия, среди их разработок - противотанковые ракеты и штурмовое вооружение, комплексы вооружения легкобронированной техники и танков, артиллерийские комплексы управляемого вооружения и зенитные комплексы малой дальности. В КББП разработано, освоено в серийном производстве и сдано на вооружение Российской армии более 140 образцов вооружения и военной техники. Противотанковые комплексы "Метис" и "Корнет", артиллерийские комплексы "Краснополь" и "Китолов", зенитные ракетно-пушечные комплексы "Тунгуска", "Каштан" - это лишь небольшая часть изделий, созданных в ГУП "КБП". В соответствии с задачами, решаемыми в ГУП "КБП", в 2000 г. специалистами предприятия был проведен анализ программных комплексов, распространяемых на российском рынке САПР. Осенью 2000 года в ГУП "КБП" был проведен тендер среди ведущих поставщиков САПР, по результатам которого в качестве стратегического партнера была выбрана компания SolidWorks Russia.
Говоря о использовании САПР в военном деле, нельзя не упомянуть об одном «изделии», создание которого без САПР было просто невозможно – речь идет о самолете-невидимке F-117. Теоретическое обоснование стелс-технологии появилось еще в 1962-м году в книге П.Я. Уфимцева, однако лишь с развитием ИТ и средств компьютерного моделирования стало возможным рассчитать точную геометрическую форму, обеспечивающую самолету низкую радиолокационную заметность. Первый полет самолет невидимка совершил почти двадцать лет спустя появления теории – в 1981 году. Дальнейший рост производительности компьютеров позволил создать более совершенные формы, воплощенные в наследнике F-117 – бомбардировщике В-2.

И, наконец, приведу историю из своей практики – по сути, это история того, как я занялся САПР. История почти курьезная, так как пришлось заниматься не улучшением а , напротив, некоторым ухудшением характеристик изделия. Еще во времена студенчества, а учили меня довольно своебразной специальности, я практиковался в новосибирском Институте прикладной физики, осваивая там основы вычислительной аэродинамики под руководством, к сожалению ныне уже покойного, Владимира Георгиевича Федотова. Одним из многочисленных проектов, которыми занимался ИПФ в то время, была разработка тандемного кумулятивного снаряда для танковой пушки. Такой снаряд предназначен для поражения бронетанковой техники, оснащенной встроенными и навесными блоками динамической защиты. Среди обязательных требований к снаряду была 100% совместимость с уже используемыми в войсках средствами заряжания и наведения. Но из-за изменившихся обводов корпуса неожиданно уменьшился коэффициент лобового аэродинамического сопротивления, и снаряд перестал соответствовать штатному баллистическому вычислителю. Для того чтобы вернут параметр в требуемое значение нужно было ухудшить аэродинамику – вот этой задачей я и занимался под приглядом руководителя рассчитывая различные варианты формы на БЭСМ-6 – натурные эксперименты были дороги а доступа к аэродинамической трубе не было. Так я в первый раз в жизни использовал компьютер для решения инженерной задачи.

Описав последний эпизод, сообразил, что все это происходило ровно 25 лет назад, а эта заметка – ровно сотая моя публикация на isicad.ru Юбилей, однако.