CAD削減了戰(zhàn)斗機(jī)和機(jī)載激光器的成本

波音公司制造的最后一架生產(chǎn)型戰(zhàn)斗機(jī)是P-26 Peashooter，這是一種開放式駕駛艙單翼飛機(jī)，帶有金屬絲支撐翼，于1932年首飛。在第二次世界大戰(zhàn)太平洋戰(zhàn)區(qū)的開放周期間，三菱Zeros迅速席卷了仍在飛行的少數(shù)Peashooters從天而降?，F(xiàn)在，波音公司又回歸了F-22猛禽，這是一款雙引擎空中優(yōu)勢戰(zhàn)斗機(jī)，與洛克希德·馬丁公司合作建造了鈦合金機(jī)翼。如果他們表現(xiàn)得像宣傳的那樣，猛龍將會讓其他人躲過掩護(hù)。

隨著麥克唐納道格拉斯的合并，這家西雅圖商業(yè)飛機(jī)巨頭準(zhǔn)備進(jìn)軍戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)的高強(qiáng)度市場。波音公司的聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)(JSF)的候選人，一種多服務(wù)，多國攻擊飛機(jī)，具有一體式，全復(fù)合三角翼，隱身角度，以及短起飛和垂直著陸的變體(STOVL) )表現(xiàn)。波音國防與太空集團(tuán)工程副總裁拉里溫斯洛認(rèn)為麥克唐納道格拉斯在其AV-8鷂上實施的熱氣體分流技術(shù)的經(jīng)驗是JSF獲勝的關(guān)鍵。

與此同時，波音正在利用其商用飛機(jī)專業(yè)知識，再次與洛克希德馬丁公司合作開發(fā)機(jī)載激光器(ABL)。TRW也發(fā)揮了重要作用。ABL將在747-400F上安裝一個兆瓦激光器，用于在升壓階段擊落戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈。更重要的是，就像波音公司重新打入戰(zhàn)斗機(jī)業(yè)務(wù)一樣，ABL團(tuán)隊的執(zhí)行董事保羅·辛納姆(Paul Shennum)開玩笑激光式飛機(jī)有朝一日只能讓他的公司過時的傳統(tǒng)戰(zhàn)斗機(jī)開玩笑，只是半開玩笑。

自動化技術(shù)東部是東海岸領(lǐng)先的自動化/機(jī)器人貿(mào)易展，提供微軟，IBM洛克希德馬丁等數(shù)百種最新的組件，控制器和取放器。

任命Alan Mulally(1996年度設(shè)計新聞工程師)擔(dān)任波音防務(wù)與太空集團(tuán)負(fù)責(zé)人，這再次強(qiáng)調(diào)了建造軍用飛機(jī)的業(yè)務(wù)。將777從CAD幾何學(xué)引導(dǎo)到世界航空公司的人現(xiàn)在將看到在公司軍事方面實施的“商業(yè)最佳實踐”?？磥?，每一個項目都充滿了“三七”精神。

實現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢。國防和太空集團(tuán)的首要軍用飛機(jī)計劃目前是F-22猛禽。波音聲稱F-22是飛機(jī)技術(shù)的一次飛躍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過F-15，因為后者領(lǐng)先于二戰(zhàn)時期的P-51野馬。

在過去，空中優(yōu)勢是在一場獨立戰(zhàn)斗中完成的。隨著來自許多國家，特別是俄羅斯的大量2馬赫戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)入市場，未來可能無法實現(xiàn)這一目標(biāo)。Raptor駕駛員的策略是偷偷靠近他們的對手，靠近“超級”發(fā)動機(jī)，產(chǎn)生馬赫1+速度而沒有加油加力燃燒器，然后用AMRAAM擊打它們，然后再出現(xiàn)在另一個人的雷達(dá)上。

在波音公司，核心競爭力已經(jīng)意味著機(jī)翼和系統(tǒng)集成以及數(shù)字設(shè)計定義。該公司在開始使用777時，不是簡單地接受現(xiàn)成的設(shè)計和制造包，而是利用其航空航天工程專業(yè)知識和裝配飛機(jī)的經(jīng)驗來開發(fā)FlyThru。這種自行開發(fā)的動態(tài)建模應(yīng)用程序使工程師能夠從CATIA實體模型中生成數(shù)字模型。實際上，工程師使用FlyThru在屏幕上預(yù)先組裝飛機(jī)。

FlyThru數(shù)字模型幾乎消除了F-22上的物理原型，以便校對組件。波音只需要建造一個實體模型，發(fā)動機(jī)艙，這就是為了證明發(fā)動機(jī)拖車的設(shè)計，并展示快速拆卸和更換Pratt&Whitney F119渦扇發(fā)動機(jī)。

如果777計劃為數(shù)字設(shè)計定義設(shè)定了新的標(biāo)準(zhǔn)，猛禽隊下方的工程師正在努力制定昨天這些標(biāo)準(zhǔn)的新聞。“我們的目標(biāo)是在F-22上更好地整合設(shè)計和制造，而不是商業(yè)方面在777上，”該計劃的首席系統(tǒng)工程師Regina Fritz-Ruddy說。“我們吸取了經(jīng)驗教訓(xùn)并對其進(jìn)行了改進(jìn)。在F-22上，我們將配件誤差減少了90%，并將牽伸時間縮短了50%。”

F-22計劃不是軍用飛機(jī)部門首次接觸CAD。波音公司是B-2精神轟炸機(jī)計劃的分包商，諾斯羅普·格魯曼公司是其中的主要計劃。諾斯羅普·格魯曼公司使用其專有的NCAD設(shè)計軟件，波音公司維護(hù)設(shè)計人員，使用該系統(tǒng)來完成合同工作。然而，NCAD被F-22團(tuán)隊視為“老派”。

洛克希德馬丁公司也使用波音公司的代碼。德克薩斯州沃思堡的工程師，負(fù)責(zé)中央機(jī)身部分的設(shè)施，以及負(fù)責(zé)前部，控制面和穩(wěn)定器的瑪麗埃塔，GA工廠都在CATIA上。在飛機(jī)上有許多點，來自所有三個設(shè)施的工作都接觸到了，例如在翼根處。Pratt&Whitney F119發(fā)動機(jī)和其他分包系統(tǒng)也必須適應(yīng)。Fritz-Ruddy表示，通用的設(shè)計和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使遠(yuǎn)程設(shè)計人員能夠有效地協(xié)同工作。

根據(jù)波音公司F-22后機(jī)身集成產(chǎn)品團(tuán)隊經(jīng)理Douglas Wise的說法，該計劃與早期工作相關(guān)的關(guān)鍵改進(jìn)包括設(shè)計，制造和工具工程師的共同定位。“我們坐在一起，”懷斯說。“我們分擔(dān)設(shè)計/建造責(zé)任。團(tuán)隊的章程不僅僅是為了設(shè)計，而是要弄清楚如何構(gòu)建它。所有開發(fā)團(tuán)隊都有類似的章程。這才是真正使F-22產(chǎn)品發(fā)揮作用的原因。”

“武器系統(tǒng)”成為“產(chǎn)品”的概念上的飛躍比單純的言論更為深刻。波音防務(wù)與太空集團(tuán)并未在天空中占據(jù)一席之地。與商業(yè)兄弟一樣，它是一家為客戶競爭，構(gòu)建和交付商品的企業(yè)。“現(xiàn)在你需要花費開發(fā)成本 - 否則就是出價，失敗，解散，”工程副總裁溫斯洛說。“波音通過強(qiáng)調(diào)以客戶為中心的強(qiáng)大系統(tǒng)工程方法取得成功。我們強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的完整性和飛行安全性。”

F-22上制定的綜合設(shè)計/建造產(chǎn)品團(tuán)隊包括專門組裝成品的工會小時工資人員。系統(tǒng)安裝人員Mark Knoll認(rèn)為他對FlyThru數(shù)據(jù)的訪問可以避免他的悲痛。“數(shù)字模型甚至可以幫助工具，”Knoll說。“在審查用于保持機(jī)翼向上的框架的設(shè)計時，我們注意到該工具僅有6英寸的間隙，這對于某人來說是不夠的。他們能夠在框架建造之前修改設(shè)計。”

當(dāng)然，Raptor是一種特殊的產(chǎn)品，并不是每個設(shè)計/構(gòu)建問題都可以通過數(shù)字方式解決。例如，中間翼梁的設(shè)計最初是指定復(fù)合材料。重量考慮鼓勵波音公司盡可能使用復(fù)合材料，大約三分之一的F-22是環(huán)氧樹脂，BMI或熱塑性塑料。對所討論的翼梁的進(jìn)一步評估促使某些部分切換到鈦結(jié)構(gòu)。分析電子模型是否引導(dǎo)設(shè)計/構(gòu)建團(tuán)隊進(jìn)行此更改?

“我們在一個全尺寸的機(jī)翼測試部分發(fā)射了一個30毫米的炮彈，”F-22的制造經(jīng)理Jeffery Stone說。“這在全復(fù)合材料組件中造成了災(zāi)難性的破壞，所以我們選擇了鈦制造一些翼梁。我們用另一個圓形擊中了新的組件，它堅持了下來。”

戰(zhàn)爭的最后一個。將商業(yè)最佳實踐應(yīng)用于建造軍用飛機(jī)業(yè)務(wù)的挑戰(zhàn)之一是客戶的性質(zhì)。除了飛往美國空軍，美國海軍和美國海軍陸戰(zhàn)隊的顏色以及許多外國國旗的F-4幻影之外，建造一架吸引多種服務(wù)和外國客戶的戰(zhàn)斗機(jī)是一項艱巨的挑戰(zhàn)。

這一事實往往會使飛機(jī)計劃失去成本效益：生產(chǎn)數(shù)量。當(dāng)冷戰(zhàn)時期的國防預(yù)算為武裝部隊提供了大量資金時，每個擁有噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)部隊的服務(wù)都會訂購自己的首選飛機(jī)。有一些重疊的空間：海軍和海軍陸戰(zhàn)隊都在戰(zhàn)斗機(jī)中扮演F-18大黃蜂的角色。然而，在任何可能的情況下，每項服務(wù)都尋求自己獨特的飛機(jī)，并且由于資金可用，通常會得到它們。

在可預(yù)見的將來，這將不再可能。F-22很可能是美國生產(chǎn)的最后一架單線戰(zhàn)斗前線戰(zhàn)斗機(jī)。目前，空軍很可能在7000萬美元的飛機(jī)上購買不到500架飛機(jī)。這要求五角大樓減少陸軍的地面部隊來支付他們的費用。“未來的飛機(jī)將不得不花費比F-22少得多的成本，”工程副總裁溫斯洛坦率地說道。

經(jīng)濟(jì)學(xué)迫使武裝部隊的相關(guān)部門看到需要在一架飛機(jī)上實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。美國國防部高級研究計劃局(DARPA)研究多服務(wù)攻擊機(jī)的可行性最終導(dǎo)致國防部(DOD)向波音和洛克希德馬丁頒發(fā)合同，以制定他們自己的聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)概念。JSF旨在填補(bǔ)A-10，F(xiàn)-16，F(xiàn)-18和Sea Harrier等各種飛機(jī)所擁有的角色。它可能成為21世紀(jì)無處不在的戰(zhàn)斗機(jī)。

基礎(chǔ)JSF版本是空軍模型。它將是超音速的，旨在攜帶GPS引導(dǎo)的聯(lián)合直接攻擊彈藥和其他內(nèi)部海灣的軍械。海軍版本類似，但加強(qiáng)了起落架和用于傳統(tǒng)航母著陸的尾鉤。它的足跡足夠小，不需要折疊翼。美國海軍陸戰(zhàn)隊和英國皇家海軍都有幾乎相同的JSF要求，并將購買獲勝設(shè)計的STOVL模型。這架飛機(jī)將有略微修剪的機(jī)翼，使其能夠安裝在前兩棲攻擊艦和英國無敵級航空母艦的甲板升降機(jī)上。盡管存在這些差異，但所有JSF版本的外部線條基本相同。

共享部分。波音與麥克唐納道格拉斯合作，提出了一種JSF設(shè)計，每種服務(wù)的版本之間有90%的通用部件。波音正在設(shè)計一個能夠生產(chǎn)所有三個版本的單一生產(chǎn)設(shè)施。此外，該飛機(jī)將由一臺F119發(fā)動機(jī)提供動力，該發(fā)動機(jī)與F-22上使用的發(fā)動機(jī)相同，旨在進(jìn)一步降低采購和維護(hù)成本。STOVL版本將搭載Rolls Royce垂直升降系統(tǒng)，類似于Harrier上使用的系統(tǒng)。

波音公司JSF候選人最獨特的方面是它的單件全復(fù)合材料機(jī)翼。軍事飛機(jī)部門的高級經(jīng)理蘭迪哈里森說：“我們的JSF是一個帶機(jī)身的機(jī)翼。”機(jī)翼是一個巨大的復(fù)合結(jié)構(gòu)，也可以作為燃料箱。“這種方法使波音公司能夠?qū)SF分解為四個易于管理的部分，這應(yīng)該簡化制造。

該公司已投資4.5億美元用于復(fù)合材料技術(shù)，工廠和設(shè)備，包括在西雅圖建造世界上最大的兩個高壓釜。該公司的一些專業(yè)知識來自其在B-2項目上的工作，其中一些是在費城波音直升機(jī)部門的V-22 Osprey傾轉(zhuǎn)旋翼計劃中得到了回報。該公司還將F-22上完善的大部分技術(shù)和工程實踐應(yīng)用于JSF。集成的產(chǎn)品團(tuán)隊，其中許多成員是Raptor資深人士，正在使用CATIA和FlyThru。

憑借合同規(guī)定的可負(fù)擔(dān)性和性能，以及在50年計劃中多達(dá)5,000個單位的競爭，JSF獎的競爭將非常激烈。就美元而言，JSF可能是歷史上最大的飛機(jī)合同。兩個開發(fā)團(tuán)隊都計劃在1999年推出可飛行的原型進(jìn)行評估。兩個團(tuán)隊都對勝利充滿信心(有關(guān)JSF的更多信息，請參閱“工程師爭取設(shè)計下一代戰(zhàn)斗機(jī)的權(quán)利”，作者：Marne Turk，DN， 97年2月17日)。

通過光和平。在軍事采購范圍的另一端是機(jī)載激光。在這里，波音公司，洛克希德馬丁公司和TRW公司正在密切合作，以實現(xiàn)這一革命性的武器系統(tǒng)(不知何故，稱ABL產(chǎn)品并不完全飛行)。廣泛的研究和開發(fā)工作以及低預(yù)期的生產(chǎn)數(shù)量使該計劃在回報方面處于更“高風(fēng)險”的設(shè)計類別。

然而，聽聽波音公司的助推器，ABL將會對類似于火藥的戰(zhàn)爭產(chǎn)生影響。“ABL將徹底改變戰(zhàn)爭的方式，”ABL執(zhí)行董事Shennum說。“我們正在政治上和科學(xué)上進(jìn)行斗爭，以明確這一點。”

ABL的尖端是TRW正在開發(fā)的可飛行化學(xué)氧碘激光器(COIL)。在行動中，COIL會在發(fā)射后摧毀敵方戰(zhàn)區(qū)射程彈道導(dǎo)彈(TBM)。實際上，ABL必須讓導(dǎo)彈上升或不起作用。“我們的殺戮機(jī)制是對助推器的災(zāi)難性破壞，”Shennum解釋說。這意味著ABL不會對進(jìn)入的彈頭和再入飛行器有效。然而，它將在“分層”導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，在這種系統(tǒng)中，艦載和地面攔截導(dǎo)彈可以處理遠(yuǎn)離ABL的導(dǎo)彈。

從政治和軍事的角度來看，ABL的目標(biāo)以及何時重要的問題是重要的。這架飛機(jī)的目的是飛越友好的領(lǐng)土，擊落大約400公里外的導(dǎo)彈。因此，波音公司表示ABL沒有用于對抗洲際彈道導(dǎo)彈(ICBM)的射程，這將使其違反俄羅斯和美國簽署的反彈道導(dǎo)彈條約(ABM)。“除非空軍想要嘗試滲透飛行，否則”神經(jīng)沉思道。

COIL發(fā)射器位于747-400F貨機(jī)機(jī)頭的流線型炮塔中。機(jī)身的大部分中部和后部都裝有激光設(shè)備，其中包括化學(xué)品罐(在重新裝載之前足夠大約40次射擊)。使用的化學(xué)品不會產(chǎn)生可燃混合物，而噴射的廢氣則是水，碘和氯。由于ABL需要接觸云層以上的目標(biāo)，因此COIL將在超過35,000英尺的高度發(fā)射。

定位是通過紅外搜索和目標(biāo)(IRST)系統(tǒng)完成的，類似于引導(dǎo)照明器激光器的F-14 Tomcat所攜帶的系統(tǒng)。由洛克希德·馬丁公司開發(fā)的自動光束控制系統(tǒng)跟蹤導(dǎo)彈上升時的火熱羽流。模式識別算法確定照明器激光器應(yīng)該聚焦在目標(biāo)導(dǎo)彈上的何處。這是高能激光器需要擊中以引起助推器階段的臨界開裂的地方。還將目標(biāo)照明器激光器的返回與當(dāng)?shù)卮髿鈼l件數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，以識別ABL和導(dǎo)彈之間的湍流。由馬薩諸塞州利特爾頓的Xinetics公司開發(fā)的可變形鏡子聚焦于殺傷激光，補(bǔ)償湍流。扎普!然后它'

“可變形鏡是一個關(guān)鍵部件，”Shennum說，這表明將所需的能量集中在目標(biāo)上是至關(guān)重要的。洛克希德·馬丁面臨著最重要的設(shè)計挑戰(zhàn)之一。該公司負(fù)責(zé)開發(fā)波前傳感器，測量來自照明激光器的回波。該傳感器將有助于確定可變形鏡應(yīng)如何聚焦。“成功也取決于你的湍流模型和大氣數(shù)據(jù)庫有多好，”Shennum補(bǔ)充道。他表示，美國政府目前正在收集有關(guān)可能使用敵方TBM的地區(qū)的大氣數(shù)據(jù)，如朝鮮和東南亞。

研究和物理測試已經(jīng)驗證了ABL的概念和許多單個組件。20世紀(jì)70年代和80年代初的飛行激光實驗室計劃成功地摧毀了許多響尾蛇導(dǎo)彈。地面版的COIL摧毀了靜止和飛行目標(biāo)，包括“硬”目標(biāo)，如代表火箭級的金屬圓柱。現(xiàn)有的自適應(yīng)光學(xué)硬件超過了ABL要求。Shennum表示，ABL可以通過將光束保持在目標(biāo)上更長時間來克服反射或燒蝕涂層或?qū)椥D(zhuǎn)等對策。

正如其核心競爭力理念一樣，波音公司正在ABL上進(jìn)行系統(tǒng)集成工作。“真正的設(shè)計挑戰(zhàn)是將所有這些技術(shù)整合到飛機(jī)中，”Shennum說。“這就是波音最擅長的。”

波音軍隊的經(jīng)驗教訓(xùn)

集成的“設(shè)計/構(gòu)建”產(chǎn)品團(tuán)隊可減少錯誤和工程時間。

確定您的“核心競爭力”并專注于它們。

知道何時冒險采用激進(jìn)的設(shè)計方法，并知道何時保持簡單，愚蠢。

魚鷹：海洋鳥類從瀕臨滅絕的物種名單中脫穎而出

杜魯門總統(tǒng)曾經(jīng)說過，美國海軍陸戰(zhàn)隊在第二次世界大戰(zhàn)后試圖解散這項服務(wù)時，只有約瑟夫斯大林的宣傳機(jī)器。由于皮革頑固，軍團(tuán)生活，貝爾/波音公司的V-22魚鷹傾斜轉(zhuǎn)子也是如此。

波音公司的直升機(jī)部門是軍事和航天集團(tuán)的一個部門，它與V-22合作遇到了很多麻煩，它與貝爾合作開發(fā)。兩次撞車，其中一次造成7人死亡，但從未得到充分解釋：在致命的液體中懷疑有不確定的液體燃燒。布什總統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)下的國防部長迪克·錢尼(Dick Chaney)命令五角大樓不再為傾斜轉(zhuǎn)子計劃提供資金。魚鷹幾乎死了，除了一件事：海軍陸戰(zhàn)隊想要它。

魚鷹可以像直升機(jī)一樣起飛和著陸，像飛機(jī)一樣過渡到水平飛行，能夠以每小時300英里的速度運送超過500英里的25名士兵。魚鷹將允許美國海軍陸戰(zhàn)隊從他們的兩棲攻擊艦上演，從更遠(yuǎn)的海岸“擊中海灘”。事實上，海軍陸戰(zhàn)隊可以一起繞過海灘，以確保內(nèi)陸的目標(biāo)。他們提出了自己的觀點，而魚鷹又回來了。第一批生產(chǎn)裝置現(xiàn)在正在費城的波音直升機(jī)上建造。

“幸運的是，有新的技術(shù)使我們能夠在對V-22的支持再次提升時對其進(jìn)行改進(jìn)，”波音直升機(jī)公司機(jī)動/機(jī)動概念總監(jiān)艾倫·舒恩說。由于用復(fù)合材料取代了大部分機(jī)身，重生的魚鷹比它的前身更輕。結(jié)合和粘接技術(shù)使波音公司能夠生產(chǎn)出更大的結(jié)構(gòu)，并消除了數(shù)以萬計的緊固件。這些緊固件在先前的設(shè)計中引起了許多對準(zhǔn)問題。高速加工技術(shù)允許更快和更準(zhǔn)確地制造剩余的鋁部件。聲明Schoen：“我們簡化了設(shè)計，并在此過程中使其更加強(qiáng)大。

好吧，也許不是。但是未來的傾斜轉(zhuǎn)子的精神在波音直升機(jī)上證明是鼓舞人心的。民用傾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子正在開發(fā)中，型號為609，比Osprey小，但具有多功能性。細(xì)長的工藝被定位為繁瑣的公務(wù)機(jī)的替代品，這需要大量的跑道。609將能夠在擁擠的城市地區(qū)運營，例如美國東北走廊，空中交通密集，機(jī)場設(shè)施獲得高價。在最近的巴黎航展上，30名客戶每人購買10萬美元，購買裝配線上的第一批609。

防御

憑借其在聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)，F(xiàn)-22猛禽，機(jī)載激光和V-22魚鷹的工程工作，波音防御組織處于現(xiàn)代軍事技術(shù)的最前沿。而且，該公司正在通過實施其在商業(yè)領(lǐng)域所學(xué)到的知識來削減該技術(shù)的成本。