Wingit Works spol. s r.o.

Pane Zvěřino, co vás motivovalo založit společnost zaměřenou na výpočty letadel a jaký je váš osobní příběh za tímto rozhodnutím?

Řekněme, že jde o logický bod na časové ose mého profesního života. Svůj klukovský zájem o letecké modelářství a historii letectví jsem přetavil díky studiu oboru Stavba letadel na strojní fakultě ČVUT v zájem profesní. Moje první oborové zkušenosti jsem získal v oddělení aerodynamiky společnosti Aero Vodochody. Tehdy se v Aeru kromě dokončování vývoje L-159 pracovalo na vývoji malého jednomotorového dopravního letounu Aero Ae 270. Právě „dvěstěsedmdesátka“ byl můj první letecký projekt, kterého jsem se jako vývojář mohl účastnit. Podstatnou část svého dalšího profesního života jsem strávil jako výpočtový inženýr a později jako vedoucí výpočtového týmu v Německu, konkrétně v Hamburgu a širším okolí Mnichova. Zde jsem měl možnost pracovat na vývoji letadel společnosti Airbus. S kolegy jsme dimenzovali a pevnostně kontrolovali části konstrukce letounů Airbus 380, Airbus 400M, Airbus 350 XWB. Pracovali jsme na modifikacích a certifikačních zprávách letounů Airbus 330/340 a A319/320/321 NEO a dalších menších výpočtových projektech. Po návratu do České republiky jsem pomáhal zakládat výpočtovou pobočku jedné nadnárodní inženýringové firmy v Praze. Tato společnost je velmi aktivní a úspěšná v oblasti vývoje automobilů pro renomované evropské, americké i asijské automobilky. Letecký průmysl byl na okraji jejího zájmu. Společně s Vojtěchem Malým a s několika dalšími kolegy, s kterými nás pojil profesní zájem o letectví, jsme se proto rozhodli věnovat se mu naplno v námi nově založené společnosti. 

 

Jaká byla vaše vize a cíle při zakládání této společnosti a jaké jsou hlavní hodnoty, na kterých stavíte svou firmu?

Vybudovat společnost, která bude díky svému know-how a firemním hodnotám vyhledávaným a respektovaným partnerem pro vývojové projekty v letectví. Společnost, která bude svým dílem přispívat k letectví bezpečnějšímu, rozšířenějšímu a ekologičtějšímu. 

 

Základní motto bych zjednodušil na větu:
Pracujme a chovejme se tak, aby s námi partneři rádi spolupracovali na svých vývojových projektech.

Ke všem našim vývojovým úkolům přistupujeme komplexně, nesoustředíme se pouze na detail, který máme zpracovat. Chápeme, že každá, byť sebenepatrnější součást a její vlastnosti ovlivňuje chování a vlastnosti celku, v našem případě kompletního letounu. Zodpovědností za vývoj i relativně malých dílů či sestav přebíráme svůj díl zodpovědnosti za vlastnosti celého produktu.

 

Jaké jsou klíčové služby a produkty, které vaše společnost poskytuje leteckému průmyslu v oblasti výpočtů?

1. Provádíme dimenzování a pevnostní kontrolu struktur zhotovených jak z kovových, tak různých kompozitních materiálů v souladu s požadavky leteckých předpisů. Stanovujeme způsoby zatížení,

definujeme potřebné zatěžovací případy. Výsledky výpočtů prezentujeme ve formě výpočtových zpráv, které mnohdy slouží jako podklady k certifikaci nového, nebo modifikovaného letounu.  

2. Na základě vlastní nebo dodané CAD geometrie vytváříme MKP modely sestav, podsestav i jednotlivých součástí. Podle požadavků a způsobu namáhání pak provádíme:

- statické lineární či nelineární analýzy

- analýzy ztráty stability

- váhové a pevnostní optimalizace

- termální analýzy

- dynamické analýzy

- vyhodnocení výsledků MKP výpočtů, včetně tvorby vlastních vhodných softwarových   vyhodnocovacích nástrojů

3. Provádíme analytické pevnostní i stabilitní výpočty leteckých konstrukcí jako v některých případech vhodnější a rychlejší alternativu k přesným, ale komplikovanějším MKP výpočtům. 

4. Provádíme definici a nastavení zejména strukturálně pevnostních zkoušek a vyhodnocujeme výsledky těchto zkoušek.

5. Provádíme korelaci výpočtových modelů na základě výsledků naměřených při testování ve zkušebnách i reálném provozu.

6. Provádíme únavové a DT analýzy leteckých dílů.

7. V oblasti aerodynamiky provádíme analytické aerodynamické výpočty spojené s návrhy letadel.

Dále pak výpočty aerodynamického zatížení, letové výkony, výpočty letových vlastností. Mimo analytických nabízíme i CFD výpočty.

Můžete sdílet některé konkrétní projekty nebo úspěchy, kterých jste dosáhli při spolupráci s leteckým průmyslem?

Podíleli jsme se na pevnostních výpočtech a přípravách pevnostních zpráv českého malého dopravního letounu LET L-410NG. Certifikace letounu již byla řádně ukončena a u jeho výrobce společnosti Aircraft Industries, a.s. již probíhá sériová výroba. V menší míře jsme pomáhali při pevnostních analýzách trupu letounu Aero L-39 NG. I tento letoun je již certifikován a první sériové letouny jsou, nebo v brzké době budou předávány zákazníkům.

Loni jsme pracovali na komplexním projektu modifikace části interiéru vrtulníku Mi-17, pro možnou zástavbu interiérových sedaček, stolku a některých dalších prvků. V rámci tohoto projektu jsme ve spolupráci se zadavatelem a dodavatelem takto přestavovaných vrtulníků státním podnikem LOM PRAHA s.p. provedli konstrukční návrhy, vytvořili kompletní CAD modely a vlastní výrobní dokumentaci. Veškeré konstrukční práce jsme prováděli softwarem Siemens NX. Nově vyráběné, nebo upravované díly jsme pak podrobili výpočtové pevnostní kontrole a připravili potřebné výpočtové zprávy jako podklad pro certifikaci. Podle mých informací je přestavba prvního vrtulníku již hotova a v současnosti probíhá jeho předání Armádě České republiky.  

Posledním projektem, který bych zde chtěl zmínit, je náš již dlouholetý podíl na vývoji interiérových monumentů dopravních letadel, a to zejména v oblasti strukturálních výpočtů. Pod pojmem interiérový monument se skrývají kuchyňky, skříňky, poličky, přihrádky, schodiště, přepážky a jiné součástí interiéru každého dopravního letadla.

Které technologie a nástroje používá vaše společnost pro provádění výpočtů ve vývoji letadel a jak se lišíte od konkurence?

Vedle řady klasických analytických nástrojů využíváme pro své technické výpočty programy postavené pro definice, vyhodnocení a výpočty MKP, zejména Femap ve spojení s NX Nastranem a dále produkty MSC Nastran, Marc/Mentat, MSC Patran, Ansa/Beta, SC flow a další. Také si celou řadu softwarových nástrojů sami vyvíjíme, jde o jakousi nadstavbu pro výše zmíněné komerční produkty. Pomocí našich vlastních nástrojů pak urychlujeme jak tvorbu modelů, tak vyhodnocování výsledků našich analýz. Touto cestou dosahujeme vyšší efektivity zejména při opakujících se výpočtech. Nezapomínáme přitom na to, že sebelepší výpočtový program může dávat naprosto zavádějící výsledky, pokud výpočtářem nachystaný model je špatně definován, případně pokud výsledky výpočtu jsou chybně interpretovány. Ke všem analýzám přistupujeme kriticky a konfrontujeme je s relevantními daty z jiných zdrojů, takto si jsme našimi výsledky dostatečně jisti.

 

Kde jste se poprvé seznámil s programem Femap a co vás motivovalo začít ho používat ve své společnosti?

Poprvé jsem s programem Femap přišel do kontaktu během studií na ČVUT. Hlavním důvodem pořízení software Femap ve spojení s NX Nastran byl poměr pořizovací ceny a funkcionality produktu. Je to zároveň platforma, kterou hojně využívají naši obchodní partneři. Práce se společnou výpočtovou platformou spolupráci výrazně zjednodušuje.

 

Jakými způsoby přispívá Femap k výpočtům ve výrobě letadel a jak se liší od jiných simulačních nástrojů?

 Femap v naší společnosti využíváme zejména ke stavbě MKP modelů pro statické výpočty a vyhodnocování výsledků jejich analýz. Oproti jiným produktům této kategorie oceňujeme jednoduché intuitivní prostředí, přehledné a jednoduché zadávání okrajových podmínek, definici vlastností i materiálových charakteristik. Skvěle je vymyšlen způsob organizačního členění, který umožňuje snadnou konfigurovatelnost analyzovaného modelu. Můžeme jednoduše přidávat, odebírat a navzájem různě kombinovat či variovat jednotlivé části analyzované sestavy. Výborné je také zpracování výsledků, tzv. postprocessing, ať již mluvíme o grafickém zobrazení včetně animací nebo výpisu výsledných hodnot do výsledkových reportů.

 

Jakým způsobem program Femap zohledňuje specifické potřeby letectví a jaké parametry umožňuje nastavit?

Z mého pohledu se jedná o možnosti snadné konfigurace výpočtového modelu. Dále velmi oceňujeme systém postprocessingu, díky kterému se snadno dostaneme k výsledkům, které potřebujeme pro dimenzování, optimalizaci a kontrolu leteckých konstrukcí. Ačkoliv se necítím jako expert pro tuto disciplínu, vím, že Femap je využíván jako vhodný nástroj pro přípravu a vyhodnocení aeroelastických výpočtových modelů.

Výpočty při vývoji letadel mají zásadní důležitost při všech etapách procesu jejich návrhu, modifikací i výroby. Pro splnění přísných požadavků na provozní bezpečnost, ekonomiku provozu, výkonnost i spolehlivost se provádí nepřeberné množství výpočtů, jedná se o aerodynamické, statické, aeroelastické, únavové, simulace nárazu, tzv. DT (damage tolerance) analýzy a další. Jednotlivé výpočtové disciplíny můžeme stručně charakterizovat následovně:

• Aerodynamické výpočty jsou určující při stanovení letových výkonů a letových vlastností letounu. Jsou prováděny již v samém počátku návrhu s cílem splnit stanovené technické i ekonomické požadavky kladené na vyvíjený letoun. Jsou určující při stanovování vnějšího tvaru trupu, profilů a půdorysného tvaru křídel, ocasních ploch i potřebného tahu pohonných jednotek. Například výpočtem poláry a vztlakové čáry letounu získáme prvotní představu o aerodynamických vlastnostech navrhovaného stroje. Pokud s nimi nejsou letečtí konstruktéři spokojeni, provedou změny v návrhu letounu a proces zopakují. V dalších vývojových krocích jsou aerodynamické výpočty důležité při stanovení statického zatížení principiálních částí konstrukce letadla jako je křídlo, trup a ocasní plochy.  
• Po zmražení aerodynamického tvaru a s rozpracováváním vlastní konstrukce letounu, nebo při konstrukční modifikaci již vyráběného letounu přichází na řadu statické pevnostní výpočty. Při těchto výpočtech je nutno vzít v úvahu zatížení konstrukce letadla od násobků v bodech tzv. letové obálky, zatížení při různých variantách vezeného nákladu, poloh těžiště letounu, pohonných jednotek, zatížení vznikající působením vnějších teplot v důsledku rozdílné tepelné roztažnosti použitých materiálů atd. Kromě těchto letových zatěžovacích případů se letoun dimenzuje a kontroluje na zatížení vznikající při startech a přistáních a na tak zvané havarijní případy. Konstrukce letounu musí vykazovat pro všechny výše uvedené skupiny zatížení předpisy stanovený nebo vyšší součinitel bezpečnosti.
•  Aeroelastické výpočty vyšetřují aeroelastické jevy, které jsou důsledkem superponované zátěže vyvolané zpětnými vazbami od deformací konstrukce. Přičemž k deformacím leteckých konstrukcí dochází vlivem statického i dynamického zatěžování.
• Únavové a DT analýzy si kladou za cíl stanovení bezpečné životnosti letounu pro jeho očekávané a definované provozní spektrum. Tato disciplína získává na důležitosti v souvislosti s rostoucími cenami nově dodávaných letadel, tlak na prodlužování technického života nově pořizovaných letounů je proto pochopitelný. Tyto analýzy se hojně využívají i při udržování letuschopnosti mnohdy letitých flotil dopravních i vojenských letounů. Na základě predikcí získaných DT analýzami za využití výsledků často velmi náročných zkoušek s komplikovanými zatěžovacími schématy lze navrhnout taková konstrukční opatření, která umožní prodloužení technického života již desítky let intenzivně využívaných letadel.
• Crashové výpočty – simulace nárazu, v letectví se nejčastěji provádí simulace nárazu ptáka určité hmotnosti do náběžné hrany křídla letounu. Mimo jiné je důležité prokázat, že nárazem nedojde k poškození v křídle umístěných kritických systémů.

Pod výše uvedené skupiny výpočtů spadají mimo jiné i tyto dílčí výpočtové disciplíny: 

• Výpočty hmotností a poloh těžiště letounu, jsou zásadní konstrukčně-výpočtářskou a mnohdy opomíjenou disciplínou. Hmotnost primární i sekundární konstrukce, její rozložení, jakož i hmotnosti a distribuce užitečného nákladu mají zásadní vliv na zatížení a také polohu těžiště celého letounu, přičemž těžiště letounu se smí pohybovat pouze v přesně vymezeném rozmezí. To zaručuje dostatečnou stabilitu a požadovanou ovladatelnost letounu při všech režimech jeho letové obálky.
• Optimalizace konstrukce z hlediska požadovaných užitných vlastností a požadavku na minimální hmotnost a výrobní cenu. Zde kromě mnoha jiných faktorů hrají pravděpodobně nejvýznamnější roli materiálové charakteristiky. Ty se zjišťují zejména experimentálně. Vedle hojně využívaných kovových materiálů jako jsou slitiny hliníku, titanu a různé druhy především vysokopevnostních, žáruvzdorných a žárupevných ocelí se v letectví stále častěji prosazují různé druhy zejména skelných nebo uhlíkových kompozitů s anizotropními mechanickými vlastnostmi. Právě vhodnou skladbou těchto vláken a tkanin s vhodnou matricí, případně jejich kombinací s kovem dokážeme navrhnout díl s optimálními mechanickými vlastnostmi.
• Všechny tyto výpočty jsou prováděny z velké míry s využitím širokého spektra pokročilých softwarových nástrojů a simulačních modelů. I díky přesným analýzám a neustálým optimalizacím leteckých konstrukcí je létání stále bezpečnější, ekonomičtější, rychlejší a ekologičtější.

Mezi softwarovými nástroji, které jsou požívány ve všech stadiích vývoje letadel, má své velmi významné místo také Femap a nemůže proto chybět v portfoliu našich výpočtových programů.

Femap je pokročilý softwarový nástroj pro tvorbu a vyhodnocování výpočtových, zejména MKP modelů, který vyvinula a stále vyvíjí společnost Siemens Digital Industries Software. Tento software je navržen tak, aby poskytoval výpočtářům i konstruktérům v mnohých odvětvích, mimo jiné také v letectví, robustní nástroj pro přípravu a vyhodnocení statických, dynamických, tepelných a dalších analýz. Jeho devízou je přehledná struktura a uživatelské rozhraní koncipované tak, aby uživatel mohl program poznávat a ovládat intuitivně, a tedy z časového hlediska velmi efektivně.

•  umožňuje uživatelům importovat složité geometrické modely vytvořené v nejrozšířenějších konstrukčních CAD programech, které pak mohou být dále využity ke tvorbě výpočtových modelů
• umožňuje uživatelům stavbu idealizovaných výpočtových modelů za využití 0D, 1D, 2D a 3D elementů a tvorbu 1D, 2D i 3D sítí a jednoduchým a přehledným způsobem definovat vlastnosti a materiálové charakteristiky použitých elementů
• podporuje tvorbu modelů a zpracovávání výsledků různých statických, dynamických, únavových a dalších analýz
• standardním řešičem pro Femap je NX Nastran, velmi dobře také funguje ve spojení s řešičem v letectví hojně využívaným MSC Nastran a i dalšími výpočtovými programy
• umožňuje efektivní optimalizaci součástí z hlediska rozdělení napětí i úspor množství potřebného základního materiálu a hmotnosti